ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА В ГОРНОЙ ПОРОДЕ
Разрушение горной породы действием взрыва — весьма сложный процесс, на характер которого оказывают влияние взрывчатые свойства ВВ, физико-механические и горногеологические свойства разрушаемой взрывом породы, а также расстояние заряда от открытой поверхности, являющейся границей раздела твердой среды от воздушной.
Разрушение горных пород действием взрыва характеризуется следующими процессами .
1 В результате детонации ВВ протекающей со скоростью нескольких километров в секунду (волна детонации), давление газообразных продуктов взрыва практически мгновенно достигает десятков тысяч атмосфер и в твердой среде, окружающей заряд, возникает ударная волна, распространяющаяся в ней со скоростью звука.
Вследствие высокого давления во фронте волны упругие горные породы вблизи поверхности заряда раздавливаются, измельчаются, а сжимаемые породы — уплотняются, образуя зону раздавливания (измельчения) или сжатия. По мере удаления
заряда давление во фронте волны убывает и становится меньше временного сопротивления породы раздавливанию, приводя только к радиальному смещению частиц породы; в этой зоне появляются радиальные и кольцевые трещины. В монолитных породах, не нарушенных значительными трещинами, ударная волна сжатия, достигнув открытой поверхности, отражается от нее, трансформируясь в волну растяжения, вследствие этого вблизи открытой поверхности в отдельных случаях могут возникнуть кольцевые откольные трещины, распространяющиеся от этой поверхности к заряду. (Рисунок 21).
Рисунок 21. Схема разрушения пород взрывом.
а – зарядная полость; б – зона раздавливания; в – зона трещинообразования; г – зона откольных трещин.
2. До тех пор, пока в результате трещинообразования и нарушения замкнутости заряда зарядная полость не получит сообщения с атмосферой, газы взрыва оказывают давление на окружающую среду, проникая в образовавшиеся трещины и расширяя их; при определенном соотношении между величиной заряда, его удалением от открытой поверхности и размерами последней давление газов взрыва производит значительное смещение среды в сторону открытой поверхности; возникающие вследствие этого вблизи поверхности напряжения изгиба и растяжения превышают соответствующие сопротивления породы, и она дробится в пределах образуемой при этом воронки взрыва. Величина заряда может быть достаточно большой, чтобы давление газов взрыва оказалось в состоянии не только завершить дробление породы, но и выбросить ее за пределы воронки.
При горных взрывных работах в большинстве случаев разрушение породы является результатом совокупного действия ударной волны и давления газов взрыва. Однако при взрывании горной породы наружными (незамкнутыми) зарядами работа дробления производится только ударной волной; количество ВВ, необходимое для разрушения горной породы наружным зарядом, в 4—10 раз возрастает по сравнению с внутренними зарядами; это указывает, что только небольшая часть всей энергии взрыва передается ударной волной.
ЭЛЕМЕНТЫ ВОРОНКИ ВЗРЫВА
При взрыве образованная им воронка полностью или частично заполняется кусками раздробленной породы, поэтому с достаточной точностью можно установить только глубину заложения заряда и диаметр воронки, измеряемый на открытой поверхности.
Форма воронки взрыва не может быть точно установлена. Ее условно принимают в виде опрокинутого прямого конуса с вершиной в центре заряда (Рисунок 22), различая следующие элементы:
w — линия наименьшего сопротивления (л. н. с.) или кратчайшее расстояние от центра заряда до открытой поверхности;
R — радиус действия взрыва, в пределах которого энергия взрыва достаточна не только для разрушения, но и для выброса горной породы;
г — радиус воронки взрыва;
К = R — w — превышение радиуса действия взрыва над л. н. с.
Рисунок 22 Условная воронка в виде опрокинутого конуса
Результат взрыва заряда в породе характеризуется отношением радиуса воронки взрыва к л.н.с., называемым показателем выброса (показателем действия взрыва).
В зависимости от величины n различают;
n = 1 — воронка нормального выброса (r =w);
n > 1 — воронка усиленного выброса (r > w); наибольшее практически получаемое значение показателя выброса составляет n=3;
n < 1 — воронка уменьшенного выброса (r < w).
Воронка уменьшенного выброса mQn (Рисунок 23) является центральной частью конуса дробления породы MQN, границы которого определяются пересечением радиуса зоны трещинообразования с горизонтальной открытой поверхностью.
Рисунок 23. Воронка уменьшенного выброса дробления породы
Часть породы, выброшенной взрывом, падает обратно в воронку; оставшаяся незасыпанной часть воронки называется видимой воронкой взрыва (Рисунок 24), в которой различают видимую глубину р и высоту гребня h.
Рисунок 24. Видимая воронка взрыва.
При n < 0,75 видимая воронка взрыва на горизонтальной поверхности не образуется; действие взрыва ограничивается разрушением, дроблением среды и ее выпучиванием (выпиранием); заряд, взрыв которого проявляет такое действие, называется зарядом выпирающего действия или зарядом дробления.
Если радиус зоны трещинообразования меньше л. н. с., действие взрыва заряда, называемого зарядом внутреннего действия, на открытой поверхности не проявляется, а ограничивается расширением зарядной полости за счет зоны раздавливания или сжатия; в этом случае условно принимается, что n = 0.
Результаты взрыва в пределах от только внутреннего действия до образования воронки усиленного действия зависят от изменения величины заряда (при одинаковой глубине его заложения) или глубины заложения заряда (при одинаковой его величине).