Вы здесь

Розробка засобів і способів підготовки та підривання обводнених гірських порід неводостійкими вибуховими речовинами найпростішого складу

Автор: 
Баранник Володимир Володимирович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2006
Артикул:
3406U000227
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ОБВОДНЕННЫХ СРЕД
2.1. Теоретические исследования механизма взрывного разрушения
обводненных сред
Изучение закономерностей действия взрыва при разрушении крепких горных пород
по-прежнему является актуальной задачей для совершенствования технологий
буровзрывных работ в горном деле и строительстве [30]. Рост объёмов разработки
обводненных горных пород и связанные с этим изменения условий действия взрыва
на горную породу требуют расширения исследований в этом направлении.
Представления о механизме действия взрыва в сухой необводненной среде
достаточно известны [18,19].
При детонации ВВ в зарядной полости, начальный объём которой Vн занимает ВВ,
мгновенно возникает высокое давление. При этом по среде распространяется
ударная волна, которая производит смятие среды, в результате чего происходит
увеличение размеров зарядной полости за счет проникновения газообразных
продуктов детонации в трещины, образованные ударной волной.
В случае взрыва химических ВВ процессы теплопроводности и лучистого теплообмена
не играют существенной роли в энергетическом обмене со средой. Тепло при помощи
механизма теплопроводности передается слишком медленно по сравнению с
расширением зарядной полости, а лучистый теплообмен несущественен, так как
температура продуктов детонации для этого недостаточно велика.
Поэтому можно предположить, что давление газообразных продуктов в зарядной
полости падает по адиабатическому закону.
Начальное давление продуктов детонации Pн обычно принимают равным половине
детонационного давления Pд
,
где и D соответственно плотность и скорость детонации ВВ.
Сначала газообразные продукты расширяются по закону с показателем, равным трем.
В дальнейшем показатель адиабаты уменьшается, приближаясь к величине, равной
1,25.
Простейший закон расширения продуктов детонации может быть записан в виде [56]
при P* при P где P* и V* – соответственно давление и объем газообразных продуктов детонации
в точке сопряжения адиабат.
По данным [20] характер расширения зарядной полости во времени заключается в
следующем:
Ударная волна измельчает породу. Объём зарядной полости удваивается до 2VН.
Этот объём сохраняется довольно длительное время (0,1-0,4 мс), пока не начнут
раскрываться радиальные трещины (рис. 2.1, кривая 1).
Продукты детонации из полости удвоенного объёма устремляются в образованные
волной трещины.
Исходя из известных законов расширения газообразных продуктов детонации оценено
падение давления в расширяющейся зарядной полости при разрушении необводненной
среды

Рис.2.1. Характер изменения размеров зарядной полости
в необводненной (1) и обводненной (2) среде во времени

(2.3)
.
В обводненной среде между стенками зарядной полости и ВВ имеется водный
промежуток, из которого ударная волна от взрыва ВВ переходит в разрушаемую
среду. При рассмотрении процесса распространения ударных волн в плотных средах
(вода или твердое тело) можно в большинстве случаев рассматривать ударную волну
в акустическом приближении [57]. Таким образом, можно рассчитать амплитудный
коэффициент преломления из воды в твердую среду и оценить снижение амплитуды
ударной воны при переходе через водный промежуток.
, (2.4)

где Z1 и Z2 – соответственно, акустические жесткости воды Z1 = r1c1 и
песчано-цементной смеси Z2 =r2c2;
r1 и r2; c1 и c2 – соответствующие плотности и скорости продольных волн этих
сред [22].
При переходе из воды, для которой r1 = 1000 кг/м3, c1 = 1480 м/с и
Z1 = 1,480Ч106 кг/м2с в песчано-цементную смесь (материал моделей), имеющей
r2 = 1925 кг/м3, c2 = 2490 м/с и Z2 = 4,79Ч106 кг/м2с, коэффициент преломления,
рассчитанный по формуле (2.4), равен 0,47.
Как видно из расчетов, после прохождения ударной волны через водный промежуток,
её амплитуда уменьшится более чем в два раза по сравнению с давлением на
контакте с ВВ.
В предположении, что в обводненной среде при наличии водного промежутка между
ВВ и стенками зарядной полости после прохождения ударной волны через водный
зазор начинается проникновение газообразных продуктов детонации в среду,
предразрушенную ударной волной, то для обводненной среды падение давления при
увеличении объёма при проникновении газообразных продуктов в среду можно
описать следующим образом

(2.5)
.
Изменение объема зарядной полости во времени после детонации в ней ВВ можно
описать следующим образом. За время ф , зависящее от свойств ВВ, происходит
преломление ударной волны от взрыва ВВ через водный промежуток и переход в
твердую среду. За период времени от ф до 4ф газообразные продукты воздействуют
на стенки зарядной полости. В дальнейшем увеличение размеров зарядной полости
происходит за счет проникновения в среду газообразных продуктов детонации
(рис.2.1, поз. 2).
Результаты расчетов падения давления в зарядных полостях, расположенных в
необводненной (2.3) и обводненной (2.4) средах при увеличении их объема за счет
действия ударных волн и газообразных продуктов детонации представлены на
рис.2.2.
Таким образом, несмотря на то, что давление на стенки зарядной полости в
обводненной среде ниже, чем в сухой, убывает оно с ростом объема зарядной
полости в про