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

Г л а в а VII

УДАРНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ВОЛНЫ

ВГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

ИМЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОБОРУДОВАНИЯ И СООРУЖЕНИИ

§30. Ударная воздушная волна при отбойке горных пород взрывом

Ударная во!щушная волна (УВВ), распространяясь в подземных выработках, может привести к разрушению сооружений и оборудо­ вания и к воспламенению пыле-воздушных и метано-ввздушных смесей. Разрушение вентиляционных устройств приводит к наруше­ нию вентиляционного режима, способствует широкому распростра­ нению ядовитых газов и увеличивает в 3—4 раза длительность проветривания. Это, в свою очередь, затрудняет ремонтно-восстано­ вительные работы после взрыва.

Отсутствие обоснованных методов прогнозирования ожидаемой интенсивности УВВ заставляет производственников принимать ряд мер по предотвращению разрушительного действия волн. Последнее связано со значительными материальными и трудовыми затратами и, как показывают наблюдения, не всегда оправдывает себя. Затраты на монтаж и демонтаж оборудования и на ремонтно-восстановитель­ ные работы достигают 25% затрат на проведение массовых взрывов.

В последнее время выполнен ряд работ, посвященных исследо­ ванию УВВ в подземных выработках. Это вызвано увеличением масштаба взрывов, следовательно, их возросшим разрушительным действием.

Рассмотрим процесс образования и распространения УВВ при взрывании скважинных зарядов в горных выработках, исследован­ ный на моделях с помощью скоростного фоторегистра в сочетании

сустановкой ИАБ-451. При взрыве заряда по массиву распростра­ няется ударная волна и волна напряжений. Дойдя до обнаженной поверхности, она отражается. В момент отражения на границе среда — воздух волна частично преломляется. За счет преломления образуется слабая УВВ, энергия которой составляет тысячные доли процента потенциальной энергии заряда. Далее происходит выброс из шпура забойки и газообразных продуктов взрыва (ПВ), которые резким ударом сжимают воздух, примыкающий к поверхности забоя. Образуется УВВ, которая в начальной стадии движется совместно

спродуктами взрыва. В дальнейшем по мере расширения ПВ ско­ рость их разлета падает, и наблюдается отрыв фронта УВВ, которая продолжает движение за счет запаса кинетической энергии, полу­ ченной в процессе ударного сжатия. В начальной стадии фронт волны имеет криволинейную форму.

201

Следует отметить, что в рассматриваемых случаях УВВ пере­ дается только часть энергии ПВ. Основная же часть энергии затра­ чивается на. необратимые деформации породы и на перемещение взорванной массы. Некоторая часть энергии ПВ благодаря высокому начальному давлению уходит по трещинам в глубь массива и в обра­ зовании УВВ не участвует.

a v/z/////////////////////////^

. Заряд

У777777777777777777777777Л

В y ////////////Z ///////Z //Z Z A

в выработке схематически пред­ ставлена на рисунках. Изучалось влияние стенок выработки на обра­ зование УВВ при взрыве шпурового заряда, ось которого парал­ лельна (рис. 120) или перпендикулярна (рис. 121) оси выработки.

Из этих рисунков видно, что образованию УВВ с плоским фрон­ том предшествует выброс забойки и ПВ, расширение ПВ, образова­ ние и отделение криволинейного фронта УВВ от ПВ.

Взаимодействие криволинейного фронта волны со стенками вы­ работки приводит к образованию сложной волновой картины. Обра­ зуется отраженная волна (фаза г, на рис. 120 и 121), которая дви­ жется в среде, сжатой и сильно нагретой прошедшей прямой волной. Поэтому отраженная волна движется с большей скоростью, нагоняет прямую и сливается с ней. Происходит нерегулярное отражение.

202

Результатом последнего является образование систем тройных кон­ фигураций, состоящих из прямой, отраженной и головной волн с общими тройными точками (фаза д, на рис. 120 и 121). В ходе после­ дующих стадий нерегулярного отражения происходит полное сли­ яние прямой и отраженной волн — образуется плоский фронт голов­ ной УВВ (фаза е, на рис. 120 и 121).

Известно, что при нерегулярном отражении избыточное давление на фронте головной волны превышает давление во фронте любой из исходных волн (прямой или отраженной) за счет слияния. Пос­ леднее позволяет сделать вывод, что параметры УВВ определяются

Рис. 122. Схема развития процесса воспламенения метано-воздушной смеси под воздействием отраженной волны:

не только количеством энергии, переданной воздуху ПВ в процессе ударного сжатия, но и процессами взаимодействия фронта волны со стенками выработки.

При взрывании группы зарядов процесс образования УВВ услож­ няется за счет взаимодействия фронтов волн отдельных зарядов или серии зарядов.

В условиях воспламенения угольно-воздушной и метано-воздуш­ ной смеси УВВ поднимает осевшую горючую пыль. С увеличением интенсивности УВВ вероятность воспламенения пыле-воздушной или метано-воздушной смеси увеличивается. Характерной чертой условий воспламенения при наличии на пути УВВ преград является остановка потока на преграде, ее разогрев и воспламенение. Схема развития процесса воспламенения метано-воздушной смеси на рас­ стоянии 17i?0 от центра взрыва заряда аммонита ПЖВ-20 показана на рис. 122, из которого видно, что очаг воспламенения возникает у стенки, укрупняется и в дальнейшем распространяется в напра­ влении движения отраженной волны. Таким образом, и отраженная

УВВ может рассматриваться как самостоятельный очаг воспламе­ нения.

Образование УВВ с плоским фронтом при взрывании шпуровых (скважинных) зарядов в горных выработках дает возможность

203