РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕФРАКТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСОМ ВЗРЫВА
ЗАРЯДА ВВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТКИ
2.1. Параметры ударной волны, воздействующей на разрушаемый массив
При размещении в донной части зарядной камеры дополнительного устройства
(рефрактора), предназначенного для управления энергией взрыва, возникает
воздушная полость, в которой распространяется ударная волна. Для расчета
действия УВ на преграду необходимо знать ее параметры [39]:
- давление на фронте ударной волны p (2.1):
(2.1)
где с0 – плотность покоящейся атмосферы, кг/м3;
u – скорость продуктов детонации, м/с;
k 1,2 – показатель изэнтропы для воздуха (атмосферы).
- соотношение между давлением p в падающей волне и давлением p' в отраженной,
которое имеет вид (2.2);
(2.2)
- скорость фронта ударной волны
(2.3)
- скорость продуктов детонации
(2.4)
где p0 – нормальное давление атмосферы, 1,01·105 Па;
- импульс избыточного давления ударной волны, который при идеальной детонации
заряда в зарядной камере (шпуре) постоянного сечения равен (2.5)
(2.5)
где E = MВВ·Q – потенциальная энергия заряда;
MВВ – масса взрываемого заряда, кг;
Q – теплота взрыва заряда, кДж/кг;
г = 1,2 – 1,4 – показатель адиабаты;
S – сечение канала (шпура), м2;
C0 – скорость звука в невозмущенном воздухе, 336 м/с;
сВВ - плотность ВВ, кг/м3.
Т.о., величина импульса избыточного давления УВ в шпуре зависит от массы
заряда, свойств ВВ, сечения шпура. Это свидетельствует о возможности управления
энергией взрыва путем правильного подбора конструкции заряда, типа ВВ,
плотности заряжания.
При отражении УВ от жесткой преграды образуется отраженная волна, давление на
фронте которой превышает давление на фронте падающей. Поэтому интенсивность
волны, образующейся в воздушной полости шпура, будет определяться не только
энергией продуктов взрыва, но и процессами отражения. Расчетные данные [39]
показывают, что давление на фронте падающей УВ составляет порядка (2-3)·107
Н/м2, в зависимости от типа ВВ. Достигнув дна зарядной камеры, падающая ударная
волна отражается, при этом на ее фронте давление возрастает до 1,7·108 Н/м2 и
более. Это значительно превышает прочность породы, приводит к ее
переизмельчению и, следовательно, дополнительным затратам энергии на разрыв
межмолекулярных связей. Усиление давления на фронте УВ в процессе отражения
является основным фактором, который приводит наряду с разрушением среды в
донной части шпура (скважины) к диссипативным потерям энергии на бесполезное
сотрясание массива. Кроме того, в массиве впереди забоя возникает система
трещин, что в дальнейшем ухудшает показатели взрывных работ.
Управлять характером взрывного разрушения массива можно изменением величины и
направления импульса взрыва. Ряд авторов [81] предлагают суммарный импульс,
приходящийся в любую точку полости, определять выражением (2.6).
(2.6)
где MВВ – масса взрываемого заряда, кг; D – скорость детонации, м/с.
На основе теоретических исследований, выполненных в [6], А.А. Вовк [74]
предлагает суммарный импульс (2.7) разлагать на две составляющие:
- радиальный импульс (2.8) - составляющую импульса в перпендикулярном к оси
направлении;
- осевой импульс (2.9) - составляющую, действующую в направлении, параллельном
оси заряда.
(2.7)
(2.8)
где l – длина заряда, м;
х – расстояние от места инициирования, м.
(2.9)
где k – коэффициент, учитывающий боковой разлет ПД, k<1. При длине
цилиндрического заряда, равном его высоте, k=0,16.
Импульс на боковой поверхности колонкового заряда не является постоянным и для
различных расстояний (х) от места инициирования его значение равно (2.10).
при x=0
при x=0,25·l
при x=0,50·l (2.10)
при x=0,75·l
при x=l
Из приведенных данных видно, что уменьшение импульса наблюдается по направлению
от устья шпура (скважины), где производилась детонация, к торцу заряда.
Данные о распределении на боковой поверхности заряда можно представить и в
другом виде. Известно [74], что величина удельного импульса на торцовой
поверхности удлиненного заряда определяется по (2.11).
(2.11)
Тогда величина импульса, действующая на поверхности удлиненного заряда на
различном расстоянии от места его инициирования, определяется по (2.12).
при x=0
при x=0,25·l
при x=0,50·l (2.12)
при x=0,75·l
при x=l
Однако вышеприведенные выражения не учитывают применение в конструкции заряда
устройств, оказывающих на импульс взрыва управляющее воздействие, заключающееся
в изменении направления его движения из осевого в радиальное. Следовательно,
для установления их влияния на рассматриваемый параметр взрыва необходимо
проведение дополнительных экспериментальных исследований.
Для управления импульсом взрыва в качестве базы для проведения
экспериментальных исследований принята конструкция вкладыша [57]. Механизм его
действия заключается в следующем. УВ и ПД, перемещаясь в сторону дна шпура,
встречают криволинейную поверхность вкладыша и, уплотняясь, обтекают ее. При
этом изменяется форма потока продуктов взрыва и направление его перемещения. Он
из потока цилиндрической формы, движущегося вдоль оси шпура, переходит в поток
плоской формы, частицы которого перемещаются от оси шпура в радиальном
направлении в плоскости, перпендикулярной к продольной оси шпура, и подрезает
породный массив в придонной части шпура.
Как указано в первом разделе, эта конструкция имеет ряд недостатков. Для их
устранения необходимо уточнить механизм взаимодействия средств управления
импульсом взрыва с УВ и ПД.
2.2. Обоснование параметров шпурового рефрактора для осесимметричного
пере