Вибрационное воздействие на геологическую среду при добыче полезных ископаемых

Министерство образования и науки РФ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра динамической геологии Ласовский Павел Викторович Реферат по курсу «Техногенное нарушение геологической среды»

Вибрационное воздействие на геологическую среду при добыче полезных ископаемых Проверила: ст. преподаватель каф. динамической геологии

_______________ Жилина Е.Н.

Выполнил: студент группы 0250 М

_____________ Ласовский П.В.

Томск 2011

Содержание Введение

1. Техногенное воздействие на системы и их классификация

1.1 Вибрационное или динамическое воздействие на геологическую среду

1.2 Воздействие вибрационного поля на человеческий организм Заключение Список использованной литературы Введение Масштабы проявления техногенных воздействий человека на геологическую среду, их структура и интенсивность формировались и изменялись одновременно с развитием общества и достигли наивысшего развития в современный период, который характеризуется возникновением опасности полных необратимых негативных изменений геологической среды и ее глобальных изменений в целом. В связи с этим в инженерной геологии огромное внимание уделяется вопросам систематизации, классифицирования и типизации техногенного воздействия.

Вопросы систематизации техногенных воздействий на геологическую среду начали разрабатываться в 50 — 60-хх гг. прошлого столетия. В настоящее время предложено много как общих, так и частных классификаций техногенных воздействий, построенных по разным признакам деления, однако ни одна из них не является общепринятой. Отсутствуют и нормативные документы по их типизации и терминологии, связанной с ними.

Одним из основных видов техногенного воздействия является вибрационное, характеристика которого будет приведена в данном реферате.

1.Техногенное воздействие на системы и их классификация техногенный воздействие геологический среда Характер и интенсивность техногенного воздействия на геологическую среду зависят от особенностей функционирования хозяйственных объектов. В реальной обстановке воздействие отдельных источников часто накладываются суммируются, подавляются и видоизменяются. Это вызывает определенные трудности как при выделении и типизации техногенных воздействий так и при их картографировании.

Одним из главных вопросов при разработке классификации техногенных воздействий является вопрос о признаках типизации и деления. Разрабатывая классификацию техногенных воздействий на геологическую среду, В. Т. Трофимов в ее основу положил следующее методологическое положение.

1.Признаки типизации должны отражать основные черты техногенных воздействий на геологическую среду разной природы; природа воздействия, его механизм должны быть отражены в его основном таксоне — классе. В соответствии с этим выделяются следующие классы воздействий: физическое (в котором выделяются подклассы, обусловленные действием различных физических полей: механического, гидромеханического, гидродинамического, термического, электромагнитного, радиационного), физико-химическое, химическое, биологическое. Воздействия перечисленных классов не сводятся друг к другу и оказываются полем соответствующей природы, техногенного происхождения. Поэтому к характеристике техногенного воздействия данного класса в принципе применимы все показатели, используемые для оценки любого физического поля (интенсивность, геометрические размеры в трехмерном пространстве, стационарность или нестационарность поля во времени и т. д.).

2.В таксономическом ряду воздействий целесообразно выделить класс (подкласс), тип, вид и разновидность воздействия. Класс выделяется по природе (механизму) воздействия; тип — по характеру воздействия с учетом симметрии «прямого» и «обратного» действия (например, охлаждение — нагревание, уплотнение — разуплотнение и т. д.) безотносительно к источнику воздействия; вид воздействия — по конкретному техногенному влиянию, оказываемому тем или иным источником, раскрывающим его индивидуальность; разновидность воздействия может быть выделена по дополнительным частным признакам таким, как временной характер воздействия, геометрические размеры, положение в пространстве, обратимость, интенсивность воздействия, и т. п.

3.Все выделяемые таксоны не должны зависеть от иерархического уровня рассмотрения геологической среды, поскольку один и тот же тип или вид воздействия может проявляться на разных масштабных или иерархических уровнях. В соответствии с этим классификация техногенных воздействий должна исходить из единого методологического подхода независимо от масштабного уровня инженерно-геологических исследований, при этом при переходе от одного уровня исследований к другому должна выдерживаться преемственность в осуществления этого перехода,

4. Выделяемый вид (разновидности) воздействия должен характеризоваться конкретными количественными параметрами, отражающими его особенности, а также однозначно соотноситься с источником > его вызывающим и обусловливающим; он должен быть легко типизируем для картографирования. Геометрические показатели техногенных воздействий, отражающие размеры зоны влияния (мощность, глубина, ширина, площадь, объем воздействия и др.), могут не включаться в таблицу типизации в качестве показателей (параметров) того или иного воздействия, Эти показатели применимы для характеристики зон влияния воздействий всех видов и разновидностей.

5. В типизации должны быть, учтены лишь «первичные» техногенные воздействия, непосредственно влияющие на основные компоненты геологической среды: горные породы, почвы и искусственные грунты, рельеф территории, подземные воды и геодинамические процессыМногие техногенные воздействия, влияющие на геодинамические процессы, оказываются по отношению к ним «вторичными» и проявляются через воздействие на породы, рельеф и подземные воды. Компоненты геологической среды, на которые оказывается непосредственное влияние данным техногенным воздействием, должны быть отражены в типизации для каждого вида"

5.Использование в типизации таких признаков деления, которые могут быть общими для всех типов воздействия, является нецелесообразным (например, таких признаков воздействий, как «постоянные и временные», «площадные и точечные», «прямые и косвенные» и т. д.). Все эти признаки деления могут и должны использоваться при выделении разновидностей воздействий*

В соответствии с указанными принципами была составлена классификация техногенных воздействий на геологическую среду. В этой классификации первый класс техногенных воздействий на геологическую среду объединяет воздействия физической природы. Это самый большой и разнообразный класс, состоящий из шести подклассов. К подклассу механического воздействия относятся техногенные воздействия на геологическую среду, оказываемые механическим путем без применения гидромеханизмов. Механическое воздействие передается на породы, рельеф и влияет на некоторые геодинамические процессы, но не передается непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяются следующие шесть типов воздействий: уплотнение и разуплотнение, внутреннее (т.е. происходящее без изменения рельефа) разрушение массива и воздействия, происходящие с разрушением и переотложением грунтов и приводящие к изменению рельефа: планировка рельефа, техногенная «аккумуляция» (образование положительных форм) и «эрозия» (образование отрицательных форм) рельефа. Основным фактором возникновения этих видов воздействий является вибрация.

К подклассу гидромеханических воздействий, в отличие от предыдущего, относятся механические, осуществляемые с помощью гидромеханизмов. Эти воздействия в основном передаются непосредственно на породы, рельеф и связаны с геодинамическими, но не передаются непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяется всего два типа: гидроаккумуляция рельефа (образование положительных форм) и гидроэрозия (образование отрицательных форм) рельефа.

Подкласс гидродинамических объединяет собственно гидродинамические воздействия на подземные воды, на их гидродинамический режим. Они влияют как на вещественные компоненты геологической среды (горные породы и подземные воды), так и на геодинамические процессы. При этом изменения рельефа проявляются в результате активизации геодинамических процессов. К этому подклассу относятся воздействия двух типов: ведущие к повышению напора или уровня подземных вод и' ведущие к их понижению.

1.1 Вибрационное или динамическое воздействие на геологическую среду Динамические нагрузки — вибрации, удары, толчки при работе транспорта, строительных машин, заводских механизмов, взрывные работы и др. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплот-ненные породы — пески, водонасыщенные лессы, торф и др., прочность которых заметно снижается из-за неравномерного уплотнения, нарушения структурных связей, в результате чего возможно внезапное разжижение, образование оползней, обвалов, плывунных выбросов и других неблагоприятных процессов.

Вибрация, или динамическое воздействие на среду, проявляется в виде поля вынужденных механических колебаний, которые воспринимаются и передаются ею от источников к различным объектам, в том числе и к объектам живой природы. Поле вибрации создается многочисленными и разнообразными источниками, наиболее значимыми из которых являются движущиеся транспортные средства, оборудование промышленных предприятий, строительные машины и механизмы, техническое оборудование зданий и инженерных сооружений. Поле вибрации можно квалифицировать как экологический фактор двойного действия — прямого, если речь идет о непосредственном контакте с виброгенерирующими объектами, например, при пользовании железнодорожным транспортом или при работе с ручными перфораторами, и опосредованного, если непосредственный контакт с создающим вибрацию объектом отсутствует, а вибрация воспринимается через передающую среду, например, при нахождении в зданиях, расположенных недалеко от железнодорожного пути или линий метрополитена неглубокого заложения, а также на стройплощадках. Основная часть колебательной энергии от виброгенерирующих объектов-источников переносится поверхностными волнами, распространяющимися в пределах верхней части грунтовой толщи (10−15 м). В силу этого в сфере воздействия поля вибрации оказываются фундаменты зданий и инженерных сооружений, многие коммуникации.

Вибрационное загрязнение, т. е. воздействие поля вибрации непосредственно на грунтовые массивы, может приводить к изменению рельефа поверхности, снижению механической прочности пород или, наоборот, к их уплотнению и улучшению прочностных характеристик. Длительное вибрационное воздействие способно вызывать или активизировать экзогенные геологические процессы, такие, например, как оползни и обвалы на крутых склонах, карст, проседание поверхности, образование полостей в насыпях на железнодорожных магистралях и т. п. При воздействии через грунтовые массивы на фундаменты зданий вибрация может причинять им серьезный урон. Так, при виброколебаниях со скоростью перемещения частиц грунта 0,4*10−3 — 1,2*10−3 м/с могут происходить сверхнормативные осадки фундаментов, возникать повреждения в старых зданиях, а при скорости 5*10−3 — 8*10−3 м/с возможны серьезные повреждения зданий с деревянными и бетонными перекрытиями.

Оценка вибрационного воздействия с экологических позиций показывает, что виброколебания с частотой до 20 Гц и амплитудой до 0,25*10−3 м (виброскорость до 0,01 м/c) хотя и ощутимы, но не вызывают неприятных последствий, которые имеют место при более высоких частотах и больших амплитудах. Так, при частотах 20−40 Гц и амплитудах 0,3*10−3 — 0,5*10−3 м (виброскорость до 0,04 м/c) вибрация оказывает раздражающее действие, вызывая неприятное и даже болезненное состояние организма. Соотношение указанных величин с параметрами поля вибрации, создаваемого различными источниками равны: фоновый уровень вибрационного поля 0,02−0,5 мм*c, достигаемый 0,02−16,0 мм*с, санитарный предел 0,12 мм*с, технический предел 0,20−0,40.

1.2 Воздействие вибрационного поля на человеческий организм Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. При воздействии вибрации на организм (рис. 1) важную роль играют анализаторы ЦНС — вестибулярный, кожный и другие аппараты.

Длительное воздействие вибрации ведет к развитию профессиональной вибрационной болезни. Вибрация, воздействуя на машинный компонент системы ЧМ (человек — машина), снижает производительность технических установок (за исключением специальных случаев) и точность считываемых показаний приборов, вызывает знакопеременные приводящие к усталостному разрушению напряжения в конструкции и т. д.

Вибрации могут быть непреднамеренными (например, из-за плохой балансировки и центровки вращающихся частей машин и оборудования, пульсирующего движения жидкости, работы перфоратора) и специально используемые в технологических процессах (вибропогружатели свай, вибрационное оборудование для производства железобетонных конструкций и укладки бетона, специальное оборудование для ускорения химических реакций и т. п.). Вибрации характеризуются частотой и амплитудой смещения, скоростью и ускорением.

Особенно вредны вибрации с вынужденной частотой, совпадающей с частотой собственных колебаний тела человека или его отдельных органов (для тела человека 6…9 Гц, головы 6 Гц, желудка 8 Гц, других органов — в пределах 25 Гц).

Частотный диапазон расстройств зрительных восприятий лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок.

При работе строительных машин и технологических процессов существуют горизонтальные и вертикальные толчки и тряска, сопровождающиеся возникновением периодических импульсных ускорений. При частоте колебаний от 1 до 10 Гц предельные ускорения равны10 мм/с, являются неощутимыми, 40 мм/с — слабоощутимыми, 400 мм/с — сильно ощутимыми и 1000 мм/с — вредными.

Низкочастотные колебания с ускорением 4000 мм/с — непереносимые.

Вибрация по способу передачи телу человека подразделяется на общую (воздействие на все тело человека) и локальную (воздействие на отдельные части тела — руки или ноги).

Рис. 1. Действие вибрации на человека Общую вибрацию по источнику ее возникновения и возможности регулирования ее интенсивности оператором подразделяют на следующие категории (ГОСТ 12.1.012—90 Вибрационная безопасность. Общие требования):

Категория 1 — транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофону и дорогам, в том числе при их строительстве; при этом оператор может активно, в известных пределах, регулировать воздействия вибрации.

Категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации.

Категория 3а — технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Категория 3б — вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом. К ней относятся рабочие места на промышленных кранах, у станков металлои деревообрабатывающих, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин и другого стационарного технологического оборудования.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев рук и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Диапазон частот 35…250 Гц является наиболее критическим для развития вибрационной болезни.

Локальная вибрация по источнику возникновения подразделяется на:

— передающуюся от ручных машин (с двигателями), органов ручного управления машин и оборудования;

— передающуюся от ручных инструментов (без двигателей) и обрабатываемых деталей.

При гигиенической оценке двух видов вибрации следует иметь в виду, что санитарно-гигиенические требования и правила в первом случае включаются в техническую документацию на машины и оборудование, а во втором — в документацию на технологию проведения работ.

Вибрация рабочих мест операторов транспортных средств и оборудования носит преимущественно низкочастотный характер с высокими уровнями в октавах 1…8 Гц и зависит от технологической операции, скорости передвижения, типа сиденья, виброзащиты, степени изношенности машины, профиля дорог и т. д. Характер спектров широкополосный, при этом максимум энергии лежит в диапазоне 1…2 Гц; 4…8 Гц. На операторов транспортных средств обычно воздействует переменная по уровням и спектрам вибрация, включающая микрои макропаузы, причем операторы имеют возможность (в известных пределах) регулировать вибрационную экспозицию. Спектры вибраций рабочих мест технологического оборудования носят низкои среднечастотный характер с максимумом энергии в октавах 4…16 Гц.

Благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов и особенностей конфигурации, тело человека представляет собой сложную колебательную систему, первичная механическая реакция которой на вибрационное воздействие зависит от диапазона частот, предопределяя последующие физиологические эффекты.

Для санитарного нормирования и контроля вибраций используются среднеквадратичные значения виброускорения и виброскорости, а также их логарифмические уровни в децибелах (ГОСТ 12.1.012—90).

Для измерения вибрации применяются виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением — предусилителем, устанавливаемым вместо микрофона. Широкое распространение получили приборы ВШВ-ЗМ2 —измерители шума и вибраций.

Заключение

Основными источниками возникновения вибраций при добыче полезных ископаемых являются устройства и механизмы имеющие циклическ-подвижные части и обладающие большой мощностью, например транспортеры, горные комбайны. Так же источниками вибраций могут служить небольшие механизмы которые резонируют с друг другом.

В результате таких воздействий могут происходить следующие изменения в геологической среде: оседание и провалы на дневной поверхности, деформации в горных выработках, активизация карстовых, суффозионных процессов, активизация неблагоприятных экзогенных геологических процессов таких как, оползни, сели, обвалы, камнепады и т. д.

Для предотвращения возникновения неблагоприятных процессов, вызванных, вибрацией в геологической среде, необходимо проводить мероприятия по контролю за соответствием реальных показателей воздействия с существующими нормами.

Список использованной литературы Опубликованная

1. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем: учебное пособие/ В. А. Королев; Под. ред. В. Т. Трофимова. — М.: КДУ, 2007. — 416 с.: ил., табл.; [8 с.]: цв. ил.

2. Петров К. М. Геоэкология: Учеб. Пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2004 — 274с.

3. Путин В. А., Сидоров А. И., Хашковский А. В. Охрана труда, ч. 1.—Челябинск, ЧТУ, 1983.

Интернет ресурсы

4. http://web.ru/db/msg.html?mid=1 161 637&uri=page36.html Геофизические методы исследования земной коры.