Анализ фрактальных характеристик геометрии горных выработок для оценки качества контурного взрывания
Автор: Латышев О.Г., Прищепа Д.В.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Свойства горных пород. Геомеханика и геофизика
Статья в выпуске: 3, 2018 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются способы оценки качества контурного взрывания при проходке горных выработок. Одним из главных критериев является достижение «гладкого» контура выработки. Показано, что линия контура выработки представляет собой фрактальный объект, геометрия которого адекватно оценивается дробной фрактальной размерностью. Определение фрактальной размерности основано на законе Ричардсона, связывающего длину бесконечно изломанной линии с шагом измерения. Приводится алгоритм вычислений фрактальной размерности в компьютерной программе. Анализ реальных контуров подземных выработок, образующихся в процессе буровзрывных работ, позволил установить статистически надежную связь коэффициента шероховатости поверхности выработки с величиной ее фрактальной размерности. Предложен критерий качества контурного взрывания - фрактальный коэффициент формы горной выработки. Его величина представляет собой отношение площади эквивалентного сечения выработки к квадрату ее периметра, определяемого фрактальной размерностью контура. Полученные соотношения позволяют надежно оценивать качество контурного взрывания при проходке горных выработок.
Контурное взрывание, подземные выработки, фрактальная размерность, фрактальный коэффициент формы, коэффициент концентрации напряжений
Короткий адрес: https://sciup.org/140239868
IDR: 140239868 | DOI: 10.17073/2500-0632-2018-3-26-34
Fractal characteristics analysis of mine workings geometry for the estimation of smooth wall blasting quality
The work examines the ways of estimating the smooth wall blasting quality when excavating mine workings. One of the main criteria is to achieve “smooth” mine working contour. It is shown that the mine working contour line represents a fractal object; its geometry is properly estimated by fractional fractal dimension. The definition of fractal dimension is based on the Richardson’s law, which connects the length of infinitely broken line and measurement interval. The calculation algorithm of fractal dimension in computer program is introduced. The analysis of real mine working contours which are formed in the process of drilling and blasting operations, allowed to determine statistically reliable connection of roughness coefficient of the mine working surface and the value of its fractal dimension. Quality criterion for smooth wall blasting is suggested - fractal coefficient of mine working shape. Its value represents the relation of equivalent cross-section area of a mine working to its perimeter, which is determined by fractal dimension of a contour. Obtained ratios allow to reliably estimate the quality of smooth wall blasting when excavating mine workings.
Список литературы Анализ фрактальных характеристик геометрии горных выработок для оценки качества контурного взрывания
- Bieniawski Z.T. Estimating the strength of rock materials/Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 1974. Vol. 74. Рp. 312-320.
- Laubscher D.H. Geomechanistic classification system for rating of rock mass in mine design//Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 1990. Vol. 90, No. 10. Рp. 257-273.
- Hoek E, Brown E. T. Practical estimates of rock mass strength.//International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1997. No. 34 (8). Рp. 1165-1186.
- Барон Л. И., Ключников А. В. Контурное взрывание при проходке выработок. -Л.: Наука, 1967. -224 с.
- Бротанек И., Вода Й. Контурное взрывание в горном деле и строительстве. Пер. с чешского. -М.: Недра, 1983. -144 с.
- Миндели Э.О. Буровзрывные работы при подземной добыче полезных ископаемых. -М.: Недра, 1966. -292 с.
- Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. -М.: Недра, 1975. -271 с.
- Баклашов И.В., Руппенейт К.В. Прочность незакрепленных горных выработок. -М.: Недра, 1965. -104 с.
- Латышев О.Г., Корнилков М.В. Направленное изменение фрактальных характеристик, свойств и состояния пород поверхностно-активными веществами в процессах горного производства. -Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2016. -407 с.
- Латышев О.Г., Корнилков М.В. Исследование трещинной структуры горных пород как фрактального объекта. Deutschland: LAPLAMBERT Academic Publishing, 2015. -156 с.
- Mandelbrot B. The Fractals Geometry of Nature/Freerman, 1982. No. 4.
- Кроновер Р. Фракталы и хаос в динамических системах. Пер. с англ. -М.: Техносфера, 2006. -488 с.
- Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. -М.: Мир, 1991. -262 с.
- Крылов С.С., Бобков Н.Ю. Фракталы в геофизике: Учеб. пособие. -СПб: Изд-во СПб университета, 2004. -138 с.
- Потапов А. А. Фракталы в радиофизике и радиолокации: Топология выборки. -М.: Университетская книга, 2005. -848 с.
- Barton N.R., Bandis S.C. Effect of block size on the shear behavior of jointed rock//23rdU.S. symp. on rock mechanics, Berkeley. 1982. Pp. 739-760.
- Barton N.R., Bandis S.С. Review of predictive capabilities of JRC-JCS model in engineering practice//Rock joints: Proc. Int. Symp. оn Rock Joints/N. Barton, O. Stephansson, eds. -Rotterdam: Balkema, 1990. Pp. 603-610.
- Речицкий В.И., Эрлихман С.А. Современные методы определения прочности на сдвиг по трещине//Геоэкология. -1997. -№ 5. -С. 102-114.
- Речицкий В.И. Результаты экспериментальных исследований жесткости трещин в скальных породах//Геоэкология. -1998. -№ 2. -С. 88-99.
- Зерцалов М.Г. Механика грунтов (введение в механику скальных грунтов). -М.: Ассоциация строительных вузов, 2006. -364 с.
- Зерцалов М.Г. Механика скальных грунтов и скальных массивов. -М.: ИД «Юриспруденция», 2003. -184 с.
- Латышев О. Г., Франц В. В., Прищепа Д. В. Фрактальная размерность трещины как мера ее шероховатости//Изв. вузов. Горный журнал. -2015. -№ 8. -С. 55-60.
