РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ
ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЗРЫВА НА ПОРОДНЫЙ МАССИВ
2.1. Исследования развития взрыва при различном инициировании зарядов
Многими исследователями отмечалось, что при инициировании колонки заряда шашкой
– детонатором по массе ВВ распространяется детонационная волна с фронтом
перпендикулярным к границе раздела ВВ – среда. При этом в окружающем массиве
возникает ударная волна, параметры которой зависят от свойств среды и продуктов
детонации. Фронт ударной волны обычно наклонен к границе ВВ – среда под
некоторым углом y, который приближенно определяется [74]:
(2.1)
где с – скорость распространения волны напряжений в среде, равная скорости
звука;
DВВ – скорость детонации ВВ заряда.
В зависимости от свойств ВВ и горных пород возможны три случая распространения
волн напряжений. При DВВ < с, фронт волны напряжений обгоняет фронт
детонационной волны; для случая DВВ = с, угол между стенкой скважины и фронтом
волны напряжений составляет 90о, а при DВВ > с, в среде возникает наклонный
фронт волны напряжений с углом к оси заряда, определяемым по формуле 2.1.
Для уменьшения времени взрывчатого превращения ВВ в скважинном заряде,
повышения надежности и качества БВР неоднократно проводились теоретические и
экспериментальные исследования линейного инициирования зарядов [29, 45, 74, 78,
89, 130]. Было установлено, что при падении детонационной
волны на границу раздела ВВ – среда под углом a, в массиве возникает волна
напряжений, фронт которой составляет с той же границей угол y1.
Величина a определяется из соотношения (рис. 2.1):
(2.2)
где Dл.и. – скорость детонации применяемого линейного инициатора.
Рис. 2.1. Схема распространения детонации в ВВ и волн напряжений
в массиве при линейном инициировании скважинного заряда:
1 – линейный инициатор;
2 – фронт детонации;
3 – фронт волны напряжений.
Между углами y1, a и скоростями DВВ и с имеет место связь [74]
(2.3)
Подставив значения Sina из выражения 2.2 в уравнение 2.3, получаем:
(2.4)
Поскольку Dл.и.> DВВ, то увеличение разности скоростей Dл.и. и DВВ приводит к
уменьшению как угла между фронтом детонационной волны и границей ВВ - среда,
так и угла преломления в среду y1..
Так как обычно Dл.и у применявшихся в качестве инициаторов детонирующих шнуров
и лент больше скоростей звука в породах, то для большинства горных пород волна
напряжений выходит в среду под более острым углом, чем при инициировании
боевиком. В этом случае фронт волны напряжений всегда развивается за фронтом
детонационной волны, а не обгоняет его, что повышает надежность и качество
взрывных работ.
При возбуждении детонации линейным инициатором в скважинном заряде со сплошной
колонкой ВВ (рис. 2.1), проекция фронта волны на вертикальную плоскость состоит
из двух участков: дуги FC1 и линейного участка С1В1. После взрывчатого
превращения участка ОА сплошной колонки ВВ, вертикальная проекция фронта
представляет собой прямую (ВС).
При этом величина начального участка (ОА) при применяемых диаметрах скважин,
типах ВВ и возможных линейных инициаторов, обычно менее 2Rс:
При исследовании процессов в зарядах, когда длина колонки ВВ lкол >> 2 Rс,
начальный участок (LОА) можно не учитывать.
Длина фронта детонационной волны:
. (2.5)
Длина пути детонации до момента полного формирования в ВВ наклонного фронта
волны (участок ОС):
. (2.6)
Длина проекции пути Lос на горизонтальную плоскость в заряде со сплошной
колонкой не превышает 2Rс.
На полигоне предприятия «Кривбассвзрывпром» проводилась съемка процессов
развития и прохождения детонации в зарядах ВВ с различными вариантами
инициирования. Фотографирование процессов протекания детонации производилось с
помощью сверхскоростной фоторегистрирующей установки СФР, задействованной в
варианте лупы времени при скорости вращения зеркала 15000 об/мин.
Заряды аммонита № 6 ЖВ (рис. 2.2.а, б, в, г) и граммонита 79/21 (рис. 2.2.д, е)
подвешивались вертикально; расстояние от нижнего торца заряда до грунта
составляло не менее 0,5 м. Оболочка зарядов выполнялась из нескольких слоев
прозрачного полиэтилена, пропаянных между собой. Толщина оболочки при начальных
экспериментах составляла 1,0ё1,5 мм, в дальнейшем 3,5ё4,5 мм.
Съемки производились из специально оборудованного бункера через бронестекло.
Вокруг места взрывов выполнялась временная обваловка. При фотосъемке процессов
продолжительность взрыва фиксировалась до момента прохождения детонационной
волной нижнего торца заряда. Время дальнейшего разлета продуктов детонации не
учитывалось. Этапы прохождения детонации фиксировались дискретно (разрыв между
кадрами составлял 8 мкс).
В процессе проведения экспериментов, для придания более правильной формы
подвешиваемому заряду, увеличивалась толщина полиэтиленовой оболочки. При
изучении результатов фотосъемки взрывов было отмечено, что при малой толщине
оболочки заряда (1ё1,5 мм) разлет продуктов детонации начинался непосредственно
за фронтом волны (рис. 2.3). При увеличении толщины оболочки до 3 мм фронт
волны «выдвигался» вперед на величину до 0,5dз; между ним и разлетающимися
продуктами детонации возникала зона, по ширине близкая к диаметру заряда (рис.
2.4).
Целенаправленное изменение толщины оболочки до 4ч4,5 мм привело к увеличению
расстояния между фронтом волны и началом разлета продуктов детонации до
величины, составлявшей 1ч1,3 диаметра заряда. Подобное явление наблюдалос
- Київ+380960830922