Действие взрыва в горном массиве

Ответы

1 Предложена простейшая формула для расчета абсолютного значения работоспособности взрывчатого вещества, определяемой по методу Трауцля (расширение в свинцовой бомбе), которая содержит только один параметр — относительную работоспособность взрывчатого вещества, рассчитываемую по теплоте взрыва и объему газов взрыва.

При совершении работы в виде общего действия взрыва (разрушение горных пород, выброс грунта) основным параметром взрывчатого вещества (ВВ) принято считать полную работу взрыва (Aп), или работоспособность. Определение ее было дано А. Ф. Беляевым [1]: «Полной работой взрыва или полной работоспособностью мы будем называть сумму всех форм механической работы взрыва». То есть можно считать, что работоспособность — это механическая работа взрыва, Aмех = Aп. Полная работа взрыва максимальна при расширении продуктов взрыва в воздух. В этом случае она практически равна теплоте взрыва ВВ (QВВ). При взрыве в горной породе часть энергии продуктов идет на нагревание породы, часть в виде тепловой энергии остается в продуктах, так что энергия, идущая на механическую работу (Aмех), всегда меньше QВВ и может составлять от нее 70÷80 %. Отношение η = Aмех/QВВ неудачно названо коэффициентом полезного действия взрыва (КПД взрыва).

Во многих методах измеряется некоторый параметр, связанный с проявлением механического действия взрыва. По этим параметрам и сравниваются ВВ между собой.Оценка этих свойств ВВ дается по результатам соответствующих испытаний.

Работоспособность ВВ определяется способностью взрывчато - то вещества производить при взрыве разрушение среды. Она зави­сит от объема газов и количества тепла, образующегося при взрыве, а также от скорости взрыва.

■а 5 в

Рис. 8. Схемы разрушения железобетонных плит наружными зарядами тротила весом 9 кг: ■а — обычным зарядом, прикрытым слоем забойки (песка); б — обычным зарядом без забойки; в.— ку­мулятивным зарядом, расположенным на расстоянии 30 см от поверхности железобетонной плиты

Теоретической характеристикой работоспособности ВВ может служить его удельная энергия F дж/кг. Другой теорети­ческой характеристикой работоспособности ВВ может быть его удельная потенциальная энергия Q. Эта величина и применяется при вычислении. относительной рабо­тоспособности ВВ, или коэффициента работоспособности,
где Q'Vx и Qy3T — удельная потенциальная энергия соответственно

Применяемого и эталонного ВВ. При прострелке и торпедировании скважин коэффициент рабо­тоспособности ВВ определяют по величине его потенциальной энер­гии в единице объема, а. не массы. В этом случае

Q'vrPx

Рис. 9. Схема испытания ВВ на работоспособность: а — свинцовая бомба до взрыва навески ВВ; б — бомба после взрыва

Плотность соответственно применяемого и эталонного ВВ.

Для практической оценки работоспособности ВВ применяют метод испытания ВВ с помощью баллистического маятни­ка. В свободно подвешенную мортиру-маятник помешают заряд испытуемого ВВ, а дуло мортиры за­крывают снарядом. При взрыве сна­ряд отбрасывается, а маятник вслед­ствие отдачи отклоняется назад. По углу отклонения маятника судят о работоспособности ВВ (применя­ются также приборы, в которых за­ряд помещается в мортире-каретке, а груз-маятник прикрывает дуло мортиры).

Наиболее простым и распростра­ненным методом практической оцен­ки работоспособности ВВ является испытание ВВ по способу Трауцля в свинцовой бомбе. Бомба представляет собой болванку цилиндрической формы, отлитую из рафинированного свинца. По оси бомбы проходит канал (рис. 9).

Перед опытом измеряют объем канала и помещают на дно его патрончик испытуемого ВВ — 10 г в оловянной фольге. В патрончик предварительно вставляют электродетонатор. Свободную часть канала засыпают доверху сухим кварцевым песком, просеянным через сито № 12. После взрыва заряда полость бомбы продувают и, заполняя ее водой из мерной мензурки, определяют ее объем. Разница в объемах полости после взрыва и канала до взрыва,- вы­раженная в кубических сантиметрах, характеризует работоспособ­ность ВВ. Объем канала до взрыва обычно равен.62—65 см3. Если, например, после взрыва измеренный объем полости составил 475 см3, то работоспособность ВВ будет 475—65—30 = 380 см3 (30 — объем полости, образованной взрывом электродетонатора).

Конечную величину расширения канала или работоспособность указывают с точностью до 5 см3. Испытания производят при темпе­ратуре 15° С. Если температура в помещении будет иной, то в полу­ченные результаты вносят поправку, принимаемую по тарировочной таблице. Стандартность каждой партии бомб (бомбы одной отлив­ки) проверяют путем взрыва в трех бомбах навесок стандартного

Где Рх и Рэт ВВ (тротила). По результатам испытаний устанавливают поправку, которую следует учитывать при использовании бомб данной партии. Коэффициент работоспособности ВВ в этом случае будет Где Рх и Рэт — величина расширения канала (работоспособность) при взрыве соответственно испытуемого и

Ответ 3

Действие взрыва в горном массиве

Разрушение горной породы действием взрыва - весьма сложный про­цесс, на характер которого влияют многие факторы.

После детонации заряда в зарядной камере повышается давление до нескольких десятков и даже сотен тысяч атмосфер. Так как линей­ные размеры заряда по отношению к линейным размерам массива, под­лежащего разрушению, обычно невелики, а скорость детонации состав­ляет несколько километров в секунду, можно считать, что заряд дето­нирует мгновенно, т. е. в камере возникает давление, величина кото­рого приближенно может быть определена по формуле:

где К₁ - коэффициент, учитывающий размерность величин в различ­ных системах единиц;

р_вв - плотность ВВ, г/см³;

D - скорость де­тонации, м/с.

Продукты взрыва, действуя на стенки зарядной камеры, вызывают в массиве нестационарное поле напряжений, распространяющееся со скоростью, определяемой механи-ческими константами среды. В ближ­ней зоне от заряда возникают ударные волны, распространяющиеся со сверхзвуковой скоростью. Вследствие высокого давления на фронте ударной волны упругие породы вблизи заряда раздавливаются, а пори­стые - уплотняются, образуя зону сжатия, схема которого приведена на рис. 14.2.

Если попытаться разложить волны напряжений на главные напряжения, то оказывается, что в результате давления газообразных продуктов взрыва в радиальном направлении возникают большие сжимающие напряжения, а в тангенциальном – растягивающие. Так как твердые тела, и горные породы в частности, хорошо сопротивляются сжатию и легко разрушаются при растяжении, в рассматриваемом слое могут произойти радиальные разрушения, вызванные действием растягивающих напряжений. Когда вызванная взрывом волна напряжений достигает поверхности, частицы среды получают возможность свободно смещаться в сторону открытой поверхности.

Свободное смещение, начинающееся на открытой поверхности, протекает с постепенным вовлечением в движение все более удаленных от открытой поверхности частиц среды, которые, смещаясь до этого в радиальных направлениях, меняют свой вектор скорости. Процесс движения среды в сторону открытой поверхности, начавшийся у поверхности и распространяющийся в направлении к заряду, называется отраженной волной напряжений в отличие от начальной – падающей волны.

Складываясь с напряжением падающей волны, напряжения в отраженной волне уменьшают действия первых, при этом растягивающие напряжения в отраженной волне могут настолько превысить сжимающие в хвостовой части падающей волны, что у открытой поверхности происходят разрушения, не связанные с разрушениями, распространяющимися от заряда.

Когда давление продуктов взрыва уменьшается, среда за счет приобретенного запаса упругой энергии начинает возвращаться в исходное положение, причем это возвращение распространяется от заряда в глубь массива. При таком напряженном состоянии в массиве вокруг заряда могут возникнуть концентрические трещины.

Для ряда инженерных расчетов по действию взрыва в различных средах большое значение имеют параметры ударных волн в ближней зоне на границе раздела заряд-среда (табл. 14.1 и 14.2).

При распространении ударной волны по массиву горных пород она теряет свои начальные параметры и переходит в волну напряжения.

Совсем другая картина разрушения наблюдается при взрыве одиночного заряда вблизи открытой поверхности. Этим положением объясняется то, что в сторону ЛНС разрушения в среде от действия взрыва одиночного заряда вблизи открытой поверхности может быть представлен как на рис. 14.3.

Качественный анализ показывает, что при взрыве одиночного заряда, в зарядной камере возникает сложная волна напряжений, при распространениях которой возможны следующие системы разрушений образование радиальных трещин, вызванных действием растягивающих напряжений в падающей волне и распространяющихся от заряда в глубь массива; разрушения у открытой поверхности, вызванные действием отраженной волны напряжений и распространяющиеся в сторону заряда; разрушения концентрическими трещинами вокруг заряда, вызванные обратным движением среды в сторону заряда.

Соотношение между объемами разрушений различными системами трещин зависит от многих факторов После детонации заряда в зарядной камере повышается давление до нескольких десятков и даже сотен тысяч атмосфер. Так как линей­ные размеры заряда по отношению к линейным размерам массива, под­лежащего разрушению, обычно невелики, а скорость детонации состав­ляет несколько километров в секунду, можно считать, что заряд дето­нирует мгновенно, т. е. в камере возникает давление, величина кото­рого приближенно может быть определена по формуле

где К₁ — коэффициент, учитывающий размерность величин в различ­ных системах единиц; р_вв — плотность ВВ, г/см³; D — скорость де­тонации, м/с.

Продукты взрыва, действуя на стенки зарядной камеры, вызывают в массиве нестационарное поле напряжений, распространяющееся со скоростью, определяемой механическими константами среды. В ближ­ней зоне от заряда возникают ударные волны, распространяющиеся со сверхзвуковой скоростью. Вследствие высокого давления на фронте ударной волны упругие породы вблизи заряда раздавливаются, а пори­стые — уплотняются, образуя зону сжатия, схема которого приведена на рис. 13.2.

Рис.13.2. Схема разрушения горного массива действием взрыва одиночного заряда ВВ

(по данным Г.И.Покровского)

Если попытаться разложить волны напряжений на главные напряжения, то оказывается, что в результате давления газообразных продуктов взрыва в радиальном направлении возникают большие сжимающие напряжения, а в тангенциальном – растягивающие. Так как твердые тела, и горные породы в частности, хорошо сопротивляются сжатию и легко разрушаются при растяжении, в рассматриваемом слое могут произойти радиальные разрушения, вызванные действием растягивающих напряжений. Когда вызванная взрывом волна напряжений достигает поверхности, частицы среды получают возможность свободно смещаться в сторону открытой поверхности.

Свободное смещение, начинающееся на открытой поверхности, протекает с постепенным вовлечением в движение все более удаленных от открытой поверхности частиц среды, которые, смещаясь до этого в радиальных направлениях, меняют свой вектор скорости. Процесс движения среды в сторону открытой поверхности, начавшийся у поверхности и распространяющийся в направлении к заряду, называется отраженной волной напряжений в отличие от начальной – падающей волны.

Складываясь с напряжением падающей волны, напряжения в отраженной волне уменьшают действия первых, при этом растягивающие напряжения в отраженной волне могут настолько превысить сжимающие в хвостовой части падающей волны, что у открытой поверхности происходят разрушения, не связанные с разрушениями, распространяющимися от заряда.

Когда давление продуктов взрыва уменьшается, среда за счет приобретенного запаса упругой энергии начинает возвращаться в исходное положение, причем это возвращение распространяется от заряда в глубь массива. При таком напряженном состоянии в массиве вокруг заряда могут возникнуть концентрические трещины.

Для ряда инженерных расчетов по действию взрыва в различных средах большое значение имеют параметры ударных волн в ближней зоне на границе раздела заряд-среда.

При распространении ударной волны по массиву горных пород она теряет свои начальные параметры и переходит в волну напряжения.

Совсем другая картина разрушения наблюдается при взрыве одиночного заряда вблизи открытой поверхности. Этим положением объясняется то, что в сторону ЛНС разрушения в среде от действия взрыва одиночного заряда вблизи открытой поверхности может быть представлен, как на рис. 13.3.

Качественный анализ показывает, что при взрыве одиночного заряда в зарядной камере возникает сложная волна напряжений, при распространениях которой возможны следующие системы разрушений: образование радиальных трещин, вызванных действием растягивающих напряжений в падающей волне и распространяющихся от заряда в глубь массива; разрушения у открытой поверхности, вызванные действием отраженной волны напряжений и распространяющиеся в сторону заряда; разрушения концентрическими трещинами вокруг заряда, вызванные обратным движением среды в сторону заряда.