ГЛАВА 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДОВ С ГАЗООБРАЗУЮЩИМИ
КОМПОНЕНТАМИ
2.1. Анализ существующих теоретических моделей, описывающих механизм разрушения
хрупких пород при взрыве
Действие взрыва на окружающий массив, лежащее в основе многочисленных
практических задач взрывного дела, состоит из разнообразных физических
процессов, в число которых входят как непосредственное высвобождение энергии ВВ
во время детонации, так и механическое взаимодействие продуктов детонации с
окружающей средой. Наличие большого числа факторов, влияющих на конечный
результат взрыва, усложняет его экспериментальное изучение, не позволяет четко
выделить взаимосвязь исходных и конечных параметров. В частности, при введении
в заряд ВВ газообразующих компонентов на эффективность взрыва влияют: изменение
амплитуды давления продуктов детонации (ПД); длительность взрывного импульса;
перераспределение напряжений по поверхности зарядной полости; изменение времени
взаимодействия продуктов взрыва с разрушаемой средой; изменения параметров
тепло- и массообмена между продуктами взрыва и частицами массива, включая
явление сорбции газов на поверхности микропор, образующихся при взрыве. Поэтому
при исследовании действия взрыва широкое распространение получил метод
математического моделирования. Он позволяет расчленить весь процесс взрывного
разрушения среды на сумму элементарных, идущих либо параллельно, либо
последовательно один за другим. Удачно подобранная модель позволяет рассмотреть
каждый из них в отдельности: проследить влияние на конечный результат, сделать
заключение о важности того или иного начального фактора. В связи с этим,
теоретическим описанием взрыва занималось много известных ученых, таких как:
Власов О.Е.[8,9], Ефремов Э.И. [20], Зельдович Я.Б. [24], Кравцов В.С. [32-36],
Кузнецов В.М. [40], Лаврентьев М.А. [48], Покровский Г.И. [61], Станюкович К.П.
[65], Ткачук К.Н. [67], Ханукаев А.Н.[69,70], Шер Е.Н.[83] и др.
Начальный этап моделирования сводится к подбору функции, описывающей
зависимость изменения давления продуктов детонации со временем. Очевидно, что
здесь могут быть реализованы различные подходы. В случае решения задач
баллистики вопросы, связанные с отрезком времени нарастания давления не
существенны, и оно может быть представлено в виде мгновенного скачка,
убывающего по некоторому закону. В случае разрушения материала существенным
является закон нарастания давления, поскольку именно в этот момент формируется
ударная волна. Длительность существования давления в диапазоне, превышающем
предел прочности материала, определяет интегральную характеристику всего
импульса взрыва и отвечает за квазистатическое действие продуктов детонации. В
силу этого, важным является подбор функции давления в период его уменьшения. В
результате давление моделируют кусочно-непрерывными функциями (линейными,
экспоненциальными, реже гармоническими – при решении задач сейсмики).
Моделирование разрушаемой среды сводится к установлению закона ее деформации
под действием приложенных усилий. Поскольку горные породы по-разному реагируют
на действие импульсных, кратковременных и длительных нагрузок, то, в
зависимости от характера решаемой задачи, для моделирования одной и той же
среды могут применяться различные модели. Всякой модели соответствует некоторая
схематизация свойств реальной среды. Критерием применимости той или иной модели
является соответствие результатов расчета опытным данным. При решении задач
взрывного дела наиболее часто используются следующие модели массивов горных
пород: упругая среда; упругопластичная среда; жесткопластичная среда; упруго-
или жесткопластичная среда с упрочнением; вязкоупругая среда; вязкопластичная
среда; упруговязкопластичная среда; несжимаемая жидкость; твердая пористая
многокомпанентная среда.
Поскольку действие взрыва на массив является двухфакторным, то его
моделирование должно быть комплексным, т. е. включать моделирование волновых и
квазистатических процессов. В случае комбинированных зарядов (особенно тех, в
которых газообразующее вещество расположено в виде компактных участков)
скорость нарастания давления в различных локальных местах зарядной полости
существенно различается. Следовательно, параметры напряженно-деформированного
состояния среды будут различны на уровнях, лежащих против участков с ВВ и
участков с ГВ. Поэтому, для изучения особенностей действия комбинированных
зарядов на окружающий массив, принимаемая модель должна учитывать скорость
нарастания давления в локальном месте зарядной полости. Немаловажную роль при
рассмотрении комбинированных зарядов играет снижение их бризантного действия. В
этом случае число трещин в стенке зарядной полости изменяется. Следовательно,
выбираемая модель должна заключать в себе возможность рассчитывать величины
радиальных и азимутальных напряжений, динамика изменения которых позволяет
оценить расстояние между зарождающимися трещинами.
В настоящее время существует ряд различных моделей действия взрыва. Так,
Власовым О.Е. и Смирновым С.А.[9] предложена схема, в которой процессы,
связанные с высвобождением энергии взрыва, предполагаются мгновенными, а
восприятие средой импульса взрыва условно разделено на две фазы: на первой
происходит только передача энергии взрыва в окружающий массив, на второй –
разрушение. Разделение на две фазы позволяет идеализировать процесс передачи
энергии взрыва и определить ее распределение в окружающей среде. Используя это
распределение, и на основе теории разрушения деформируемой среды можно
рассчитать ожидаемое дробление горных пород. В первой фазе моделирования ср
- Київ+380960830922