ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА В СРЕДЕ

Физическая сущность взрывного разрушения

Процесс разрушения породы характеризуется ее физико-механическими свойствами. В качестве обобщающей характеристики этих свойств используется акустическая жесткость R (волновое сопротивление, импеданс) среды, равная произведению ее плотности на скорость продольных волн, т. е. R = pvp.

А. Н. Ханукаев делит горные породы по величине акустической жесткости на три группы: а) грунтовые массивы (R < 5-105 г/(см2-с)); б) массивы средней прочности (К = 5-^15-105 г/(см2-с)); в) крепкие (R > 15-105 г/(см2-с)).

Породы с малой акустической жесткостью в основном разрушаются в результате давления газов взрыва, находящихся во взрывных камерах; жесткие породы — за счет волн напряжений. Характер разрушения при этом различен: волны напряжения вызывают радиальные и тангенциальные трещины, давление газов взрыва — смятие среды или разрушение ее в процессе движения. А. Н. Ханукаевым установлена следующая зависимость радиальных скоростей смещения (см/с) от расстояния до заряда:

где и — радиальная скорость смещения; г — относительное расстояние до рассматриваемой точки, выраженное в радиусах зарядов. Напряжение в породе определяют умножением скорости смещения на акустическую жесткость. Для промышленных взрывчатых веществ и других форм заряда формула неприменима.

В дальней зоне волны напряжения вырождаются в серию сейсмических колебаний. Основная закономерность установлена М. А. Садовским и выражает следующую зависимость:

где v — скорость колебания; Q — масса заряда; R — расстояние от места взрыва; К — коэффициент местных условий, средняя величина которого приблизительно составляет 400; v — показатель, учитывающий затухание волн напряжений с расстоянием (в дальней зоне приблизительно равен 1,5).

Формула в приведенном виде не учитывает формы заряда (зарядов), предполагая всю массу заряда сосредоточенной в одной точке. Для больших протяженных взрываемых блоков при расчетах следует делить их на участки, для каждого из которых рассчитывать по приведенной формуле скорость и затем алгебраически ее суммировать.

Сейсмический эффект взрыва может быть снижен путем применения короткозамедленного взрывания, эффект которого в данном случае состоит в том, что волны от разных взрывов приходят в точку наблюдения в разное время и не суммируются. Для его осуществления необходимо, чтобы интервал замедления между взрывами составлял не менее 30—50 мс.

На границах двух сред, различающихся акустической жесткостью, происходят отражение и преломление волн, которые в первом приближении соответствуют законам акустики и геометрической оптики. Основными факторами, определяющими преломленную и отраженные волны, являются акустическая жесткость и ширина трещины раздела. Коэффициент преломления выражается следующей формулой:

где р — плотность среды; vp — скорость продольной волны (индекс «1» относится к первой среде, индекс «2» — к среде, в которую проникает волна).

Из формулы (8.3) очевидно, что если акустическая жесткость второй среды равна нулю, то преломленной волны не возникает и волна сжатия отражается от границы сред, меняя при этом знак (волна растяжения). При переходе в более жесткую среду параметры волны напряжения, наоборот, увеличиваются и волна не меняет знак.

Разрушение, вызванное волнами напряжения, хорошо наблюдается в карьерах. Так например, при разделке негабарита (рис. 8.1) образуются радиальные трещины 1, рассекающие породу на куски пирамидальной формы (эти трещины вызываются тангенциальными напряжениями в волне сжатия), и откольная воронка 2, вызванная растягивающими напряжениями в отраженной волне.

Отколы породы наблюдаются при относительно небольшой массе заряда, недостаточной для полного разрушения объекта. В данном случае при взрыве слоистого массива масса заряда оказалась недостаточной для разрушения всего массива, однако в его тылу образовалась откольная воронка, так как волны напряжений, распространяясь нормально (перпендикулярно) трещинам (плоскостям раздела слоев), испытывают минимум отражения и затухания. Об этом свидетельствует величина угла раствора воронки а = 90°.

Действие взрыва на массив

Рис. 8.1. Действие взрыва на массив

После любого взрыва оставшаяся часть массива нарушается трещинами (заколами), которые обычно параллельны последнему ряду скважин; ширина заколов закономерно уменьшается с удалением от бровки уступа по следующему закону:

где I — расстояние от верхней бровки уступа до закола, м; A, d — соответственно ширина и диаметр закола, м.

В пределах зоны 1 (см. рис. 8.1) массив нарушен заколами, которые вызывают расширение естественных трещин в 5—10 раз, что в свою очередь отрицательно сказывается на производительности бурения, ухудшает взрываемость пород, снижает устойчивость откоса уступа. Природа образования заколов состоит в том, что сжатая взрывом среда после прохождения волны напряжения смещается в обратном направлении, вследствие чего возникают трещины, параллельные линии зарядов.

Глубина проникновения закола под поверхность массива пропорциональна ширине его и выражается формулой

где 13 — глубина проникновения закола; К — клиновидность трещины (обычно равная 10-3).

Формула (8.4) может быть выведена из (8.1), если в ближней зоне пренебречь вторым и третьим членами.

Приведенные выше формулы отражают закон подобия, который может быть сформулирован следующим образом: при взрыве двух аналогичных по форме и химическому составу, но разных по массе зарядов ВВ на равных относительных расстояниях от заряда в сходных точках напряжения деформации и степень разрушения одинаковы.

Этот закон является основой расчета зарядов и может быть сформулирован в других формах, например: 1) разрушенный объем пропорционален массе заряда; 2) радиусы разрушения пропорциональны диаметрам заряда.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >