РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА ЗАРЯДОВ В МАССИВЕ
2.1. Современные представления о процессах, протекающих при взрыве
зарядов в скальных породах
За последние десятилетия в изучении механизма действия взрыва зарядов ВВ в
массиве достигнут значительный прогресс. На основе теоретических и
экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых определены
процессы, протекающие в зарядной полости и массиве, установлены основные
закономерности изменения во времени и пространстве параметров взрывных волн,
распространяющихся в массиве, и характер развития зон разрушения. В
значительной степени эти достижения обусловлены широким использованием при
проведении экспериментов в лабораторных и натурных условиях методов
осциллографирования, сверхскоростной киносъемки, других способов регистрации
быстропротекающих процессов.
Большой вклад в исследовании механизма разрушения пород взрывом и разработке
методов управления энергией взрыва внесли ученые бывшего СССР: академики АН
СССР М.А.Лаврентьев, Н.В.Мельников, М.А.Садовский, Е.И.Шемякин,
член-корреспондент АН УССР Э.М.Ефремов, профессора Е.Г.Баранов, Л.И.Барон,
Ф.А.Белаенко, О.Е.Власов, А.А.Вовк, М.М.Докучаев, Г.П.Демидюк, М.Ф.Друкованый,
В.Ф.Клочков, В.И.Комащенко, В.М.Комир, Б.Н.Кутузов, Ф.И.Кучерявый, Э.О.Миндели,
Г.И.Покровский, В.Н.Родионов, П.И.Федоренко, А.Н.Ханукаев и многие другие.
Для взрывного разрушения горных пород находят применения сосредоточенные и
удлиненные (колонковые) заряды. При взрыве этих зарядов в окружающем массиве
распространяются взрывные волны с криволинейным фронтом соответственно
центральной и осевой симметрии. Рассмотрим, прежде всего, механизм действия
взрыва сосредоточенных зарядов в монолитных однородных скальных породах,
который изучен наиболее полно.
Согласно [65-67], в результате детонации сосредоточенного заряда ВВ в зарядной
полости скачкообразно возникает чрезвычайно высокое давление газообразных
продуктов взрыва. Под действием этого давления на стенки зарядной полости в
окружающем массиве генерируется и распространяется сферическая продольная волна
сжатия, которая на участках массива, прилегающих непосредственно к зарядной
полости, является ударной со скачкообразным изменением параметров на фронте и
распространяется в массиве со сверхзвуковой скоростью. По мере распространения
фронта волны амплитуда ее за счет геометрического расхождения и диссипативных
потерь энергии постепенно уменьшается, фронт волны выполаживается, и ударная
волна переходит в упруго-пластическую, а затем – в упругую волну сжатия,
которые распространяются по массиву со скоростью звука.
За фронтом сферической волны сжатия происходит радиальное смещение частиц
среды, а в массиве возникает напряженное состояние, которое характеризуется
радиальными, тангенциальными и азимутальными напряжениями. В продольных волнах
центральной симметрии, распространяющихся в однородном массиве, указанные
напряжения являются главными. При этом тангенциальные и азимутальные напряжения
одинаковы по знаку и величине. (Учитывая последнее, в дальнейшем будем
рассматривать только радиальные и тангенциальные напряжения). Под действием
давления продуктов взрыва происходит расширение зарядной полости, что приводит
к уменьшению давления в ней газообразных продуктов взрыва и переходу их
потенциальной энергии в энергию волны сжатия, распространяющуюся по массиву.
Основными параметрами продольных волн являются массовая скорость частиц среды,
величина их смещения и главные напряжения. Параметры волны в фиксированных
точках массива изменяются во времени, а амплитудные их значения с увеличением
расстояния от заряда уменьшаются. При этом радиальные напряжения проявляют
себя, в основном, как сжимающие, а тангенциальные – как растягивающие.
При распространении фронта взрывной волны в массиве распространяется также
фронт разрушения [65,67]. В непосредственной близости от зарядной полости на
фронте ударной волны сжимающие радиальные напряжения во много раз превосходят
предел прочности породы на сжатие. Поэтому в этой зоне фронт волны разрушения
совпадает с фронтом взрывной волны. В этой зоне порода подвергается
пластическим деформациям и измельчению. При удалении от заряда и уменьшении
амплитуды волны, величина радиальных сжимающих напряжений становится
недостаточной для разрушения породы в условиях всестороннего сжатия. Разрушение
породы в этих условиях происходит за счет касательных напряжений, величина
которых пропорциональна разности радиальных и тангенциальных напряжений.
Происходит также выполаживание фронта взрывной волны. Поэтому фронт волны
разрушения начинает отставать от фронта взрывной волны. С дальнейшим удалением
от заряда участков массива и соответствующего уменьшения амплитуд радиальных и
тангенциальных напряжений разрушение породы происходит в основном за счет
растягивающих тангенциальных напряжений с образованием радиальных трещин.
С зарождением зон разрушения источником возмущения среды становится
совокупность расширяющихся зарядной полости и зоны разрушения. При образовании
радиальных трещин излучаются упругие волны, которые подпитывают
распространяющуюся в массиве взрывную волну [65,66].
При наличии свободной поверхности прямая волна сжатия отражается от нее, в
результате чего образуются отраженные волна растяжения и поперечная волна,
которые распространяются от свободной поверхности в глубь массива и
взаимодействуют с падающей волной [55,56]. На участках массива, на которых
суммарные напряжения становятся растягивающими и превосходят предел прочности
породы на рас
- Київ+380960830922