Раздел 2
механизм возбуждения детонационного процесса в системе “ИНИЦИАТОР – удлиненный
заряд”
2.1 Концепция пространственного формирования инициатора взрыва заряда ВВ
Процесс инициирования промышленного заряда состоит из нескольких этапов,
основным из которых является непосредственная передача инициирующего импульса
от боевика (промежуточного детонатора) заряду ВВ [2,7]. Как правило, в
промышленных условиях с учетом особенностей заряжания боевик (тротиловые шашки,
патроны аммонита 6 ЖВ или просто навеска аммонита) соприкасаются своей
поверхностью с массой основного заряда. Особое значение при таком инициировании
приобретают качество и масса инициирующего промежуточного заряда, что в целом
определяет его эффективность как возбудителя детонационного процесса [7].
Исключительное внимание необходимо уделить этому процессу массового взрыва в
связи с широким применением в практике взрывного дела низко чувствительных
простейших взрывчатых смесей типа АС–ДТ, водосодержащих взрывчатых смесей,
водногелиевых ВВ и др. Эффективность применения таких ВВ определяется полнотой
взрывчатого разложения всего заряда. В балансе энергии взрывчатого разложения
существенный объем потерь энергии взрыва отводится химическим и тепловым
факторам, а именно – разлету взрывчатого вещества с периферии заряда, неполноте
его химического разложения, т.е. протекания химических реакций в неоптимальном
режиме, и, как следствие, неидеальности термодинамических процессов. Согласно
известной схеме детонации линейного заряда в районе боевика в зависимости от
его детонационных характеристик существует зона с неустановившимся режимом
детонации – с пониженной или повышенной скоростью перемещения детонационного
фронта. Область указанной нестабильности согласно данным [82] может изменяться
в пределах 2…7 радиусов удлиненного заряда (рис. 2.1). За пределами этой зоны
скорость детонации теоретически должна стабилизироваться и поддерживаться за
счет присутствия зоны химической реакции.
В технологическом плане интенсивность разрушения горного массива связана с
параметрами сообщаемого среде динамического импульса, т.е. с давлением и
временем его действия. Оба эти параметра в зависимости от механических
характеристик могут поочередно превалировать – в слабых горных породах и
грунтах большее значение имеет длительность импульса, в хрупких скальных
породах большее внимание следует уделять величине давления. Здесь имеется в
виду давление в УВ или волне напряжений, порожденной детонационной волной.
Следовательно, динамический процесс в породном массиве, как результат
воздействия на него детонационной волны, – это отражение процессов в очаге
взрыва, поскольку давление в УВ – это производная давления в детонационной
волне, на силовые параметры которой существенное влияние оказывают скорость
детонации ВВ и его плотность.
Давление в детонационной волне выражается известным соотношением:
, (2.1)
где - плотность ВВ, г/см3;
- скорость детонации, км/с;
- массовая скорость или скорость движения продуктов детонации, км/с.
Поскольку для конденсированных ВВ экспериментально показано, что ,
детонационное давление (Кбар) можно выразить соотношением
Рд = 0,25сВВD2. (2.2)
Следовательно в этом соотношении именно скорость детонации является источником
изменения давления в детонационной волне, и, как следствие, в УВ за пределами
заряда, поскольку среднее давление начинающих расширяться продуктов детонации
составляет согласно теории (0,45…0,5). Избежать части потерь энергии детонации
в начальный момент можно за счет надежной герметизации заряда либо путем
заключения его в прочную оболочку, либо при плотном размещении ВВ во всем
объеме скважины (зарядной камеры). Здесь опускаем такой важный элемент
заряжания, как забойку.
Что касается потерь в момент инициирования, то, вероятно, при точечном
инициировании вследствие отклонений скорости детонации от характерной для
штатного ВВ, их не избежать. Правда, если следовать упрощенной схеме
инициирования и придерживаться концепции преобладания скорости детонации
боевика над скоростью детонации заряда смесевого ВВ, «выравнивание» ее на
отрезке (2…7) должно происходить в более интенсивном режиме по сравнению с
нормальным режимом развития детонации. Однако, как следует из экспериментальных
данных [82], даже при использовании более мощного ВВ боевика на указанном
участке заряда наблюдается на начальном этапе резкое падение величины
значительно ниже штатной и последующее ее периодическое возрастание до .
Объяснить это явление можно инерционностью процесса передачи детонации от
боевика к заряду ВВ. Однако обращает на себя внимание нестабильность этого
процесса, зависимость характера его проявления от типа боевика (вида ВВ) и его
массы. Таким образом, вопрос выбора параметров инициирующего заряда, наряду с
иными чисто технологическими приемами стабилизации детонации, играет не
последнюю роль.
Необходимо отметить, что в современной практике массового взрывания редко
применяется одиночный боевик для инициирования скважинного заряда. Как правило,
заряжание скважины сопровождается размещением двух боевиков в верхней и нижней
частях заряда. В этом случае явление нестабильности в начальный момент
детонации ВВ от боевиков количественно удваивается, соответственно растет объем
зоны нестабильности детонации и соответственно – потерь, в т.ч. химических, и
общей энергии взрыва скважинного заряда. Объем этих потерь может расти при
применении многоточечного инициирования заряда.
В связи с этим появилась идея применения линейных инициаторов