Разрушение пород взрывом одиночного заряда

Все породы по механизму разрушения делят на три группы! грунтовые массивы, скальные монолитные и трещиноватые мас­сивы. Разрушение каждой группы пород может быть охарактери­зовано следующим образом.

Грунтовые массивы. Пески, супеси, некоторые глины и суглинки которые разрушаются за счет запаса кинетической энергии, при­обретенной средой при расширении продуктов взрыва. Разруше­ния под действием волн напряжений в массиве незначительны. При взрыве вокруг заряда образуется расширяющаяся шаровая полость, заполненная газами взрыва, которая при приближении к открытой поверхности приобретает асимметричную грушевидную форму с большой осью, направленной по ЛНС заряда (рис. 9.4) Изменение формы полости объясняется различной сопротивляе­мостью перемещению участков массива. В нижней части полости расширения быстро прекращаются, в то время как размеры верхней части полости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. При дальнейшем расширении полости оболочка прорывается в верхней части, движение породы происходит за счет баллистического полета отдельных частиц с достижением эффекта «открывания» ворот. После чего масса породы падает вниз, образуя открытую воронку. У краев воронки формируется гребень из разрушенной породы. Часть ее сползает вниз, придавая воронке угол естественного откоса, характерный для данных пород, и уменьшая ее глубину и объем.

Скальные монолитные массивы. Предполагается, что скорость детонации ВВ значительно выше скорости деформации породы. Поэтому поверхность породы воспринимает действие взрыва одно­временно по всей площади соприкосновения заряда с массивом.

Вблизи заряда порода быстро сжимается и смещается вслед за фронтом волны деформации. В результате этого образуется зона

сильно деформированной породы с системой многочисленных пере­секающихся трещин, изменяющих ее структуру (рис. 9.5). В этой зоне порода находится в состоянии неравномерного всестороннего сжатия.

По мере удаления от заряда напряжения в волне сжатия быстро снижаются и на определенном расстоянии становятся меньше сопротивления породы раздавливанию, вследствие чего характер деформации и разрушений среды меняется.

Под действием прямой волны напряжений, распространяю­щейся от заряда, в среде в радиальном направлении возникают сжимающие напряжения, а в тангенциальном — растягивающие, которые и обеспечивают появление радиальных трещин (рис. 9.6). Кроме того, под действием высокого давления порода деформи­руется и радиусы условно выделенных вокруг заряда сфер r₁ и r₂

увеличиваются. В результате этого порода в радиальных направ­лениях будет испытывать растягивающие напряжения, которые и обеспечивают дополнительное развитие в массиве радиальных трещин.

При дальнейшем удалении волны напряжений от заряда растя­гивающие тангенциальные напряжения уменьшаются и становятся меньше величины сопротивления породы растяжению. Поэтому разрушение породы прямым действием волны за пределами этого

Рис. 9,6. Схема образования радиаль­ных трещин при взрыве в скальной массиве

расстояния не происходит, а имеют место лишь колебатель­ные смещения частиц.

После снижения давления газов в центре взрыва сильно сжатая порода смещается в сторону центра заряда и ус­ловный радиус сферы умень­шается, а участки породы, прилегающие к полости, ис­пытывают напряжение растяжения в радиальных направлениях. В результате этого в породе появляется ряд кольцевых тангенциальных трещин. При взрыве заряда вблизи открытой поверхности частицы среды под действием достигшей этой поверхности волны напряжений начинают свободно двигаться в сторону открытой поверхности, вовлекая в этот процесс все более отдаленные от нее участки среды. По массиву начинает распространяться отраженная волна, в ко­торой имеют место растягивающие напряжения.

Волна растяжения, представляющая собой отраженную от открытой поверхности волну сжатия, распространяется так, как если бы она шла от мнимого изображения заряда, величина кото­рого одинакова с действительной величиной взорвавшегося заряда, находящегося снаружи на расстоянии от открытой поверхности, равном ЛНС взорванного заряда (рис. 9.7).

Поскольку порода имеет в 10—30 раз меньшее сопротивление растягивающим нагрузкам по сравнению со сжимающими, то у открытой поверхности происходит разрушение массива отра­женной волной с образованием трещин и формированием откольной воронки.

Разрушения от поверхности распространяются в глубь мас­сива, смыкаясь с разрушениями, происшедшими вокруг заряда, в результате чего происходит разрушение всего объема породы внутри воронки.

Трещиноватые скальные массивы разрушаются как под воздей­ствием газов взрыва, так и под действием волны напряжений, а раз­рушения распространяются как от заряда, так и от открытых поверхностей массива навстречу друг другу. Под действием высо­кого давления газов взрыва в месте зарядной камеры образуется полость, вокруг которой расположена зона разрушенной породы.

Сквозные трещины массива являются поверхностями раздела, которые препятствуют распространению волн напряжений и раз­рушений за пределами зоны, ограниченной этими трещинами. У плоскости каждой трещины происходит скачкообразное паде-

ние напряжений волны вследствие ее частичного отражения от трещины (рис. 9,8). За счет этого напряжения в трещиноватом массиве (кривая 1)снижаются более интенсивно, чем в монолит­ном (кривая 2), а трещины от заряда распространяются на меньшее расстояние. За пределами трещин порода разрушается в основном под действием механического соударения разрушенной вокруг за­ряда породы с остальным разрушаемым объемом. Поэтому в тре­щиноватом массиве породы под действием прямых и отраженных волн создается несколько очагов разрушения.

В разрушении пород этой группы важное значение имеет дей­ствие давления газов взрыва, которое обеспечивает соударение и дробление отдельностей, слагающих массив.