Рис.36 Зависимость глубины пробивания канала кумулятивной струей

в преграде от расстояния (б): а – схема размещения заряда; 1 – теоретическая кривая; 2 – экспериментальная кривая.

Элементы воронки выброса

Геометрические параметры и форма образуемой воронки при взрыве заряда ВВ зависят от свойств взрываемой породы. Форму воронки взрыва обычно принимают в виде конуса с вершиной в центре заряда ВВ, рис.37.

Как следует из рисунка, основными элементами воронки выброса являются:

- W – глубина заложения заряда или линия наименьшего сопротивления (ЛНС);

- r – радиус основания воронки или радиус воронки взрыва;

- 2α – угол раствора воронки.

Показатель действия взрыва определяется из выражения

n=r/W.

В зависимости от величины показателя действия взрыва различают три разновидности зарядов выброса:

- нормальный выброс, n = 1;

- уменьшенный выброс, n < 1;

- усиленный выброс, n > 1;

- заряд рыхления, воронка не образуется, n ≤ 0,7.

Заряды нормального и уменьшенного выброса применяют на карьерах для дробления скальных пород. При подземной отбойке пород, проходке выработок и строительстве сооружений применяют заряды усиленного выброса с показателем действия взрыва 2-3.

Рис. 5.4. Элементы воронки выброса.

При проведении экспериментов по породам (f≥12) установлено, что в качестве характеристики действия взрыва наиболее чувствительным параметром к изменению условий взрывания является глубина воронки выброса hВ, а не параметр n. При максимальном значении соотношения hВ/qЗ зависимость угла раскрытия α от глубины воронки представлена на рис.38.

Рациональная длина зарядов вычисляется по формуле

lЗ=3.5(hВ)0,3·α-0.32, м.

Глубина воронки может быть рассчитана из выражения

hВ=4,34f1,2PЗ1,05qЗ0,63lШ–0,95, м,

где PЗ – показатель эффективности заряда.

Рис.38 Зависимость угла раскрытия воронки от ее глубины.

Величина разрушения межшпурового целика lП убывает по степенной зависимости от расстояния между зарядами, а при сближении зарядов на минимально допустимые расстояния глубина полости в крепких породах достигает глубины воронки выброса одиночного заряда

lП=0,2–0,7а4–0,25hВа+0,98hВ2, м,

где а – расстояние между шпурами.

Зависимость угла раскрытия воронки выброса α от ее глубины hВ (при максимальном соотношении hВ/qЗ) следует находить из следующего выражения:

α=(0,31hВ3–0,36hВ2+0,086hВ+1,04)/lП, град.

Изменение характера действия взрыва заряда может быть достигнуто как путем уменьшения глубины заложения заряда постоянной величины (рис.39,а), так и путем увеличения массы заряда при постоянной глубине заложения (рис.39,б).

Взрыв одиночного заряда в грунтах

Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердых частиц, жидкой и газовой фаз. Наличие воздуха в порах грунта сильно влияет на условия распространения в них ударных волн. При распространении ударной волны энергия взрыва расходуется на сближение твердых частиц за счет уменьшения объема пор, при этом разогрев воздуха в ударной волне приводит к повышению температуры твердых частиц (затрачивается ~90% энергии ВВ). Зона уплотнения будет во много раз больше зоны уплотнения в слабо пористых грунтах.

Рис.39 Способы изменения характера действия взрыва на среду:

а – изменением глубины заложения заряда ВВ; б – изменением массы заряда ВВ.

Разрушение грунта происходит главным образом за счет запаса кинетической энергии, приобретенной средой при расширении продуктов взрыва (разрушение под действием волн напряжений в грунтах незначительны). Вокруг заряда при взрыве образуется расширяющаяся сферическая полость, заполненная газами взрыва, которая при приближении к открытой поверхности приобретает грушевидную форму, большая ось которой совпадает с ЛНС заряда, рис.40.

В водонасыщенных грунтах энергия передается преимущественно по воде. Поэтому действие взрыва в таких грунтах по своему характеру, как и при взрывах в воде, близко к гидростатическому давлению, направленному одинаково во все стороны.

В неводонасыщенных (сухих) грунтах, так же как и в твердых телах, напряженное состояние в каждой точке определяется двумя величинами – радиальным (σn) и тангенциальным (στ)напряжениями. Характер зависимости деформации грунта ε от напряжения σ показан на рис.41.

Изменение формы полости объясняется различной сопротивляемостью перемещению участков массива. В нижней части полости расширения быстро прекращаются, в то время как размеры верхней части полости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. В дальнейшем оболочка прорывается в верхней части и движение породы происходит за счет баллистического полета отдельных частиц – в грунте образуется воронка.

Рис.40. Последовательность фазы движения грунта.

Взрыв заряда в скальном монолитном массиве

Механизм разрушения скальной монолитной породы взрывом сосредоточенного заряда ВВ принципиально отличается от механизма действия взрыва в грунтах. В скальной породе вблизи заряда под действием ударной волны и высокой температуры продуктов взрыва образуется зона сильно деформированной породы, Эту область называют зоной сжатия или измельчения, рис.42.

Рис.41 Зависимость деформации грунта от напряжения:

1 – водонасыщенный грунт; 2 – неводонасыщенный грунт; 3 – кривая разгрузки после взрыва (сохраняется остаточная деформация); А – участок смены знака кривизны σ(ε).

Рис.42. Схема распределения трещин в породе около места взрыва:

а – зона сжатия (измельчения); б – зона разрыхления.

По мере удаления от заряда напряжения в волне сжатия быстро снижаются и на определенном расстоянии становятся меньше сопротивления породы раздавливанию, изменяется характер деформации, что приводит, соответственно и к изменению характера разрушения среды. Под действием прямой волны напряжений, распространяющейся от заряда ВВ, в породе в радиальном направлении возникают сильные сжимающие напряжения, а в тангенциальном – растягивающие, обеспечивающие появление радиальных трещин. В результате такого действия в породе нарушается связное строение, и она распадается на отдельные куски. Эту зону называют зоной разрыхления.

В слоях более удаленных от заряда ударная волна вырождается в упругую волну, растягивающие и тангенциальные напряжения уменьшаются и становятся меньше величины сопротивления породы растяжению, связь между частица среды не нарушается – имеют место лишь колебательные смещения частиц. Разрушение породы прямым действием волны за пределами этого расстояния не происходит. Сильно сжатая порода смещается в сторону центра заряда и участки породы, прилегающие к полости, испытывают напряжения растяжения в радиальном направлении: в породе появляются кольцевые тангенциальные трещины. Эта зона называется зоной сотрясения.

Между зонами измельчения, разрыхления и сотрясения нет четких границ. Каждая из названных зон плавно переходит одна в другую и в целом эти зоны называют зоной разрушения. Радиус зоны разрушения зависит от величины заряда, параметров ВВ. Очевидно, что чем больше заряд и его мощность, тем больше радиус действия взрыва.