Общие положения о работе и балансе энергии при взрыве

Работа заряда ВВ проявляется во многих формах: полезных, для которых производится взрыв, и бесполезных, представляю­щих потери, а также вредных воздействий на законтурный мас­сив. В зависимости от условий взрыва и его целей формы работы и КПД взрыва будут существенно меняться. Применительно к взрывным работам в скальных породах наибольшее значение имеет работа дробления и перемещения пород, в рыхлых — простреливание (образование полостей) и выброс на определенную высоту и расстояние.

Работа взрыва совершается за счет теплоты, выделившейся при взрыве. Поэтому общая энергия взрыва

Е = q_тQ,

где q_т — удельная теплота взрыва, кДж/кг; Q — масса заряда, кг.

Работу, произведенную взрывом по разрушению и перемеще­нию массива породы, называют полезной работой взрыва. Полезная работа А_п составляет часть полной энергии (теплоты) взрыва:

А_п = Еη_п

где η_п — КПД взрыва.

Величина КПД взрыва достигает 0,7—0,8, однако полезный КПД составляет всего несколько процентов и до настоящего вре­мени не поддается точному расчету. При изменении условий взрыва полная работа изменяется несущественно, однако отдельные виды работы могут меняться. Так, если взрыв произведен на поверх­ности массива, то полная работа остается прежней, работа на разрушение среды и сейсмические волны в массиве уменьшится, а на образование воздушной волны увеличится.

Максимальная работа А_п, которую могут совершить газы взрыва при их расширении до атмосферного давления и условии перехода всей внутренней энергии газов в механическую ра­боту, называют идеальной работой взрыва.

Приняв приближенно, что при определенном взрыве КПД действия различных ВВ примерно одинаковы, можно сравнить их эффективность по теплотам взрыва этих ВВ. Поэтому можно полагать А_п = Q.

Рассматривая расширение газов взрыва по адиабатическому закону до атмосферного давления ρ₂ = 1,01·10⁵ Па, можно вы­вести следующую зависимость:

где ρ₁ — начальное давление газов взрыва, Па; k — показатель адиабаты.

Величина Q_n представляет собой потерянное тепло, которое даже при идеальном Ходе процесса остается в продуктах взрыва при расширении их до атмосферного давления. Если взрыв про­исходит в сплошной среде с сопротивлением сжатию ρ_р, то

т. е. полная работа уменьшится_, а потерянное тепло увеличится.

На рис. 4.1 показана схема баланса энергии при взрыве. В качестве исходной взята потенциальная химическая энергия ВВ. Из-за возможности разброса непрореагировавшего ВВ, недостаточ­ной полноты взрывчатого превращения фактическая теплота взрыва меньше на величину химических потерь. Фактическая теплота взрыва не может быть превращена в работу даже при идеальном ходе процесса разрушения, так как происходит нагре­вание разрушаемой среды продуктами взрыва. Разность между

фактической теплотой и полной называют тепловыми потерями. Общая величина полной работы взрыва находится в этих преде­лах, но она может расходоваться на те или иные формы общего, бризантного или местного действия взрыва.

Большая часть полной работы проявляется в виде общего (фугасного) действия, бризантное составляет малую долю.

Существующие методы испытаний ВВ позволяют оценить только часть энергии, идущую на ту или иную работу деформиро­вания или разрушения, причем данные, как правило, получаются в относительных величинах, позволяющих только качественно сравнивать различные ВВ.