Материал: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Если взрывание заряда происходит на значительном расстоянии от свободной поверхности, продукты взрыва, обладая достаточно высоким давлением, в результате сжатия и пластических деформа­ ций раздвигают стенки заряд­ ной камеры (шпура), образуя цилиндрическую (при удлинен­ ном заряде) или сферическую

292

Если заряд рыхления приблизить к свободной поверхности или увеличить его массу, то раздробленная за счет множественных отко­ лов порода будет выброшена из воронки взрыва. Различают два случая выброса: в первом воронка выброса образуется за счет чистого откола, а во втором,— в результате вылета раздробленной среды под воздействием расширяющихся продуктов детонации. Наиболее характерно образование воронки выброса при взрывании заряда в грунте (рис. 134, /). Возникшая на первых стадиях расширения продуктов детонации сферическая полость (рис. 134, II) по мере увеличения принимает эллиптическую форму, вследствие чего со­ противление среды газам взрыва в различных направлениях от центра

Ш ’

заряда различно (рис. 134, III). После прорыва продуктами дето­ нации куполообразной перемычки образуется воронка выброса, а часть породы, образующая свод купола, падает обратно в воронку

(рис. 134, IV).

Рассмотрим действие взрыва наружного заряда, соприкасающе­ гося со скальной средой неограниченных размеров (рис. 135). Если плотность породы превосходит плотность продуктов взрыва, проис­ ходит отражение детонационной волны и давление на границе раз­ дела может оказаться даже выше, чем на фронте детонационной волны. От границы раздела, как известно, в породу переходит ударная волна сжатия, давление в которой в начальный момент в несколько раз выше предела прочности иа сжатие любой горной породы. На границе заряд — порода наблюдается смятие и дробление среды с последующим выносом ее расширяющимися продуктами взрыва. Образующаяся при этом воронка взрыва относительно невелика, ибо давление продуктов детонации быстро падает в результате тепло­ вых потерь. Расходящаяся от места соприкосновения заряда с по­ родой полусферическая ударная волна перемещает ее в радиальном направлении, что способствует образованию радиальных трещин. В момент разгрузки, наступающей после завершения разброса про­ дуктов взрыва, в породе возникают откольные сферические тре­ щины. За пределами области радиальных и сферических трещин порода испытывает обратимую упругую деформацию.

293

При взрыве заряда в несвязанном грунте при отсутствии сил сцепле­ ния между частицами среды, если не учитывать силы трения и гра­ витации, определяющую роль в разрушении играют пластиче­ ские деформации, приводящие к необратимому повышению плот­ ности даже при относительно малых нагрузках. Распределение давления за фронтом волны сжатия в такой среде отличается от рас­ пределения давления, происходящего при взрыве заряда в скальном грунте. Скачок давления и скорости смещения иа фронте ударной

ности и скорости детонации, так и от свойств горной породы. При этом в течение процесса детонации заряда давление иа стенки сква­ жины возрастает, достигая в некоторых случаях 2 — 4 • 105 кгс/см2, порода сжимается, формируя ударную волну. Скорость фронта волны превышает скорость звука. Наиболее сильные разрушения

ввиде переизмельчения и пластических деформаций наблюдаются

внепосредственной близости от заряда ВВ. На эти разрушения

затрачивается большая доля энергии ударной волны из-за значи­ тельных потерь энергии на рассеивание и преодоление внутреннего трения между частицами среды (диссипативные потери). На расстоя­ нии 5—8 г0 ударная волна становится волной напряжений, распро­ страняющейся со скоростью звука с. Со скоростью, равной 0,4 с, вслед за волной распространяются трещины, по которым движутся продукты детонации, давление и температура которых постепенно падает. Передача энергии газов, движущихся по трещинам, про­

294

должается до некоторого критического значения и вследствие этого волна продолжает подпитываться энергией движущихся газов. Таким образом, волна аккумулирует энергию, не только передавае­ мую через стенки скважин, но и энергию газов, распространяющихся по трещинам. Из изложенного становится очевидным, что противо­ поставлять рассмотренные источники нагружения, волну напряже­ ний и газы нельзя, так как они вместе принимают участие в разру­ шении горных пород.

§ 75. Формы работы взрыва и методы их определения

Работа взрыва совершается за счет тепловой энергии, выделя­ ющейся при взрыве заряда ВВ. Исходя из законов термодинамики, М. П. Чельцов в 1880 г. впервые оценил величину работы взрыва и предложил формулу

где А п — полная идеальная работа газов взрыва при расширении их до атмосферного давления; Q — теплота взрыва; F0 и Fj — на­ чальный и конечный объемы газов; р0 — начальное давление газов взрыва; к — показатель адиабаты.

Полная энергия, выделяемая при взрыве, равна произведению теплоты взрыва Q на массу заряда с. Таким образом, теплота взрыва является одной из важнейших характеристик взрывчатой системы. Однако полная теплота взрыва не может быть полностью преобра­ зована в механическую работу даже при идеальном ходе химической реакцип взрывчатого превращения ВВ. Разность между полной теплотой взрыва и полной работой называют т е п л о в ы м и п о ­ т е р я м и .

При взрыве заряда в горной породе происходят дробление и пла­ стическая деформация среды, примыкающей к заряду, возникнове­ ние и развитие трещин, смещение частиц породы в результате рас­ пространения в ней волновых возмущений, упругие колебания среды и, наконец, выброс породы из воронки взрыва и образование воздуш­ ных ударных и звуковых волн. Не все из перечисленных видов работы взрыва являются полезными. Такие виды работ, как переизмельчение и пластические деформации среды, вблизи заряда являются ненужными с точки зрения технологии взрывной отбойки.

В зависимости от условий взрыва доля энергии, идущая на производство той или иной формы работы, может меняться. Полная теплота взрыва при условии завершения реакции взрывчатого пре­ вращения остается неизменной. Величина полезной работы взрыва составляет около 60—70% потенциальной энергии ВВ. В то же время коэффициент полезного действия взрыва (отношение полез­ ных форм работы взрыва к теплоте взрыва) относительно невелик и составляет всего несколько процентов. Наиболее наглядно баланс

295