Физическое и механическое действия ядерного взрыва в горных породах

При ядерном взрыве в породе выделяются четыре фазы (рис. 11.1). Первые две фазы действия взрыва аналогичны взрыву ядер- пого заряда наружного действия. Основная часть энергии ударной взрывной волны поглощается породой в зоне взрыва в виде тепловой и механической энергии. Часть общей энергии (от долей процента до нескольких процентов) идет на сейсмические колебания.

В конце второй фазы (300 мкс) за ударной волной происходит расширение газового пузыря, сопровождающееся падением температуры, давления, дальнейшее расплавление породы. Сферическая полость расширяется до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению пород на данной глубине.

Схема образования зон обрушения в различные промежутки времени I

Рис. 11.1. Схема образования зон обрушения в различные промежутки времени I: а - I = 3 мкс; б -1 = 200 мкс; в - / = 300 мкс; г — конечная конфигурация

При взрыве ядерного заряда мощностью 100 кг на глубине 800 м от поверхности радиус полости достигает к этому моменту 50 м, причем внутренняя поверхность полости покрыта слоем расплавленной породы с температурой, которая равна тысячам градусов Цельсия.

Третья фаза начинается с момента выравнивания давления в полости и длится от нескольких секунд до нескольких часов (в зависимости от свойств пород). Расплавленная порода стекает с кровли и стенок полости вниз, унося с собой более 55...58 % радиоактивных изотопов, скапливается в ее основании и затвердевает в виде стекловидного труднорастворимого материала. Трещины в кровле и стенках полости при падении давления приводят к нарушению статического равновесия. После этого наступает четвертая фаза, во время которой происходит обрушение налегающих пород, образовавшаяся при этом полость является компенсационным пространством. Затем происходит обрушение породы до заполнения компенсационного пространства.

Зона обрушения в плотных породах имеет форму вертикальной трубы.

Формирование трубообразной зоны обрушения может иногда длиться до нескольких месяцев в зависимости от свойств пород. Коэффициент разрыхления обрушенной породы составляет 1,3... 1,35. В рыхлых породах плотностью, близкой к плотности обрушенного в полость материала, эта зона может достигнуть поверхности, образуя на ней провальную воронку.

При проектировании ядерных взрывов необходимо рассчитывать радиус полости, высоту трубы разрушения, объем породы, раздробленной взрывом и заполняющей трубу обрушения, размеры зоны трещиноватости.

Параметры трубы разрушения зависят от мощности заряда, глубины его заложения и свойств пород.

Радиус полости /?„ определяется по формуле

где с - константа, зависящая от типа породы (для гранита с = 60, наносов - 66, туфа - 78); р - плотность породы, кг/м3; h - мощность покрывающих пород, м;

где W- л.н.с.; Нт - высота трубы обрушения:

Высоту трубы можно определить и по следующей формуле:

где к - коэффициент, зависящий от свойств пород (для доломита к - 3,2, для туфа - 6,8).

Зона раздробленных пород /?р = 1,4/?,,.

Зона трещиноватости /?т = (3.. .4) /?п.

В некоторых породах, таких как каменная соль, труба обрушения не образуется.

Контрольные вопросы

  • 1. Какие фазы ядерного взрыва в породах Вы знаете? Чем они характеризуются?
  • 2. Как рассчитываются зоны разрушения при ядерном взрыве?
  • 3. Для каких целей могут применяться ядерные взрывы в промышленности?
  • 4. Как обеспечивается безопасность проведения ядерных взрывов?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >