Файл: Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом.pdf

ВВ или импедансу ВВ. Ширина зоны химической реакции по мере возрастания скорости детонации убывает. Это должно приводить к росту скачка давления во фронте ударной волны в породе и к рез­ кому поглощению энергии в ближней зоне взрыва.

К сожалению, экспериментальные данные о длительности фазы сжатия детонационной волны отсутствуют. Однако можно пола­ гать, что она пропорциональна концентрации энергии в единице объема, так как длительность расширения полости и длительность фазы сжатия ударной волны возрастали пропорционально этой величине.

Параметры детонационной волны существенно зависят также от формы заряда. При одинаковых размерах сферического, цилин­ дрического и плоского заряда и одинаковой плотности ВВ (например, при диаметре 60 мм и толщине плоского заряда 60 мм) наименьшей скоростью детонации и наименьшей скоростью разлета продуктов взрыва за фронтом детонационной волны обладает сферический,

анаибольшей — плоский заряд. Для аммонита ПЖВ-20 плотностью

ВВ1 г/см3 эти данные приведены в табл. 16 [32].

Из таблицы следует, что для зарядов одинаковой толщины (60 мм) величина давления во фронте детонационной йолны у плоского заряда максимальна, а у сферического минимальна. Эти различия обусловлены геометрическим расхождением распространяющейся по ВВ детонационной волны. В сферических зарядах диаметром 60— 80 мм химическая реакция протекает в переменном режиме, тогда как в плоском заряде — в установившемся, а в цилиндрическом заряде — в промежуточном. Параметры t, а и К в исследованном диапазоне мало зависят от диаметра заряда.

70

Из изложенного следует, что заряд плоской формы обладает большей энергией (поскольку химическая реакция протекает более полно) и способен возбуждать в породе ударную волну большей интенсивности и энергии.

Наличие прочной оболочки уменьшает химические потери в зоне реакции, поэтому скорость детонации и другие параметры до из­ вестного предела тем больше, чем прочнее оболочка.

Форма ударной волны, распространяющейся в породе, анало­ гична форме детонационной волны в ВВ. Точка резкого изменения скорости смещения за фронтом ударной волны в породе соответ­ ствует точке Чепмена-Жуге за фронтом детонационной волны. Энергия, передаваемая породе зоной химической реакции, хотя и существенна, но составляет лишь незначительную часть от общей энергии ударной волны.

Уравнения, устанавливающие взаимосвязь между детонацион­ ными характеристиками ВВ и параметрами ударной волны в породе, в зависимости от акустической жесткости породы и импеданса ВВ приведены в работе [17]. Анализ указанных уравнений показывает,

71

что они дают практически одинаковые результаты, поэтому ограни­ чимся формулой

(11.26)

где u -l— скорость продуктов детонации за фронтом детонационной волны;

К — показатель изэнтропы;

.Рдет — давление во фронте детонационной волны;

(11.27)

Квадрат массовой скорости продуктов детонации, согласно ра­ боте [17],

72

Обозначив Ybb/Voчерез р, a D!C0 через D и подставив их в уравне­ ние (11.29), получим

(11.30.)

При известных К и р легко получить D, а затем по выражению

(11.27) можно определить давление Р и Рпор на контакте заряд — поста (у0 и С0 соответственно удельный вес и скорость звука цороды).

Полученные по расчету давления для ряда пород и различных ВВ были сопоставлены с пределом прочности породы в условиях дина­

порода превышают пределы прочности одноосному статическому сжатию, умноженному на 100. Из этого следует, что используемые на практике ВВ не соответствуют рациональному режиму взрывания и что научному обоснованию выбора типа ВВ должно быть уделено серьезное внимание.

О закономерностях изменения параметров ударной волны в по­ роде с расстоянием. Данные об изменении параметров ударной волны с расстоянием необходимы для сопоставления с данными о размерах зон разрушения в ближней зоне взрыва. Такое сопо­ ставление позволит установить пределы прочности породы в зоне чистого сжатия — зоне пластических деформаций и в зоне неравно­ мерного нагружения — зоне первичного трещинообразования, опре­ делить затраты энергии в указанных зонах и на этой основе наметить пути повышения использования энергии взрыва.

Первые осциллограммы ударной волны в зоне до 12 R 0 от центра взрыва были получены для сферических зарядов тэна плотностью 1600 кг/м3 в органическом стекле плотностью 1170 кг/м3 и ско­ ростью звука 2700 м/с [26]. Они приведены для радиальной соста­ вляющей напряжений на рис. 36, а для тангенциальной — на рис. 37. Просмотр осциллограмм для расстояний до 57?0 показывает, что форма фронта ударной волны искажена. Последнее объясняется тем, что для регистрации давлений были использованы турмалино­ вые датчики, обладающие пироэффектом при давлениях более 1000 кгс/см2. Более точные графики «скорость смещений — время» получены для сферических и цилиндрических зарядов тэна различ­ ной плотности с помощью импульсной рентгеносъемки.

Такие графики для мрамора и горючего сланца, для сферических зарядов тэна плотностью 1,3 и 1,5 г/см3 показаны на рис. 38 и 39. Регистрацию скоростей смещений производили одновременно в не­ скольких точках с помощью реперов, введенных в образец на раз­ личные расстояния от центра взрыва. Результаты расчета энергии ударной волны и коэффициента перехода энергии в породу сведены в табл. 17. ,

73

Как видно из таблицы, наиболее резкое затухание энергии на­ блюдается на расстоянии до 2R 0 от центра взрыва. Коэффициент перехода энергии в ударную волну выше для мрамора, йесмотря на то, что плотность заряда в горючем сланце была больше. Это

ных скоростей смещения частиц во фронте ударной волны (м/с), замеренные с помощью импульсной рентгеносъемки (l-j-3i?0) и с помощью пьезоэлект­ рических датчиков давления по методу

преломленной в воду волны (5 и 1(Ш0), для горючего сланца составили

Данные об изменении параметров ударной волны с расстоянием в мраморе для цилиндрических зарядов тэна плотностью 1,7 г/см3 приведены в табл. 18.

На расстоянии 4R n скорость распространения возмущений больше скорости звука (6200 м/с). Кинетическая энергия единицы массы

74