Исследование параметров разрушающего импульса взрыва шпурового заряда

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШАЮЩЕГО ИМПУЛЬСА ВЗРЫВА ШПУРОВОГО ЗАРЯДА

В.М. Мальцев

При подземных взрывных работах самая энергоёмкая работа взрыва происходит при образовании врубовой полости (вруба). Врубовые шпуры, взрываемые в первых сериях, работают в самых тяжелых условиях при отсутствии или недостаточной величины свободной поверхности, преодолевая максимальное сопротивление горной породы разрушению в условиях всестороннего сжатия.

Удельный расход взрывчатого вещества для вруба в среднем превышает удельный расход для всего комплекта в 30-40 раз, а для самых первых шпуров он увеличивается ещё в 2-3 раза.

При образовании врубовой полости энергия взрыва расходуется в основном на разрушение горной породы и на её выброс в призабойное пространство. Выбрасывающими факторами являются осевое истечение под большим давлением продуктов детонации, кинетическая энергия отскока кусков горной породы от стенки начальной врубовой полости и упругая энергия сжатия этих кусков, высвобождающаяся после растрескивания разрушаемого массива. взрывной шпуровый заряд вруб

Значительная часть этой энергии теряется на пластические деформации горной породы, переходит в поверхностную энергию вновь образованной свободной поверхности раздробленной горной массы, уходит в массив в волне сжатия и сейсмических колебаниях, в звуковую волну. Установить точную величину этой "потерянной" для осуществления выброса энергии не представляется возможным. Для соляных пород она должна быть не менее 40 % . В пересчете на один метр длины шпура на выброс горной породы объёмом 0,5 м ³ остаётся около 1,5 МДж, что может обеспечить среднюю скорость выброса разрушенной горной породы до 50 м/с.

Непосредственным фактором разрушения физического тела является воздействие на него силы, превышающей предел прочности, действующей в течение некоторого достаточного интервала времени. Длительность интервала определяется величиной и условиями приложения силы и физико-механическими свойствами разрушаемой среды.

В практике взрывных работ расчеты параметров взрыва производятся в основном на основе эмпирических зависимостей между энергией (А) массы взрываемого заряда ВВ и удельного расхода (q) данного ВВ в аналогичных условиях взрывания, или по параметрам прочностных и физико-механических свойств взрываемой горной породы.

В соответствии с теорией размерностей для функции подобия разномасштабных взрывов можно составить несколько безразмерных комбинаций из энергии и механических параметров твердого тела:

, (1)

где n - показатель действия взрыва; у - прочность на сжатие (растяжение, сдвига) Па; h - глубина заложения заряда ВВ, линия наименьшего сопротивления, м; с - плотность породы, кг/м ³; g - ускорение свободного падения, м/с².

На практике эти теоретические зависимости удовлетворительно работают в области нижнего и верхнего участка масштабного диапазона взрывов. На широком среднем участке этого диапазона используют обе зависимости. В первом случае (А~h³) в большей степени учитывается влияние сопротивляемости породы действию взрыва (прочностного фактора), а во втором случае (A~h⁴) - инерционность массива. Формально вместо этих зависимостей возможно предложить эмпирическую зависимость А~ h^3,5.

Зависимость такого вида можно получить теоретически, если действие взрыва оценивать не энергией, а импульсом I [1]:

(2)

Расширение продуктов детонации начинается после выравнивания давления через t(р) = 3,8 L/D после инициирования удлиненного заряда длиной L при прямом и обратном инициировании. При центральном инициировании t(р) = 1,9 L/D [2]. Максимальная эффективность взрывного разрушения достигается при отсутствии расширения продуктов детонации к моменту времени t(р), то есть когда они занимают объём заряда взрывчатого вещества. Для соли при длине шпура 3 м это время t_so составляет 1,1 мс.

Величина начального импульса Jo за время прохождения в продуктах детонации волны разрежения (C_n) по длине заряда Lz равна:

, (3)

где: I - коэффициент, зависящий от конструкции заряда и условий взрывания; M_z - масса заряда, кг; D - скорость детонации применяемого взрывчатого вещества (ВВ), м/с; l_e - коэффициент удлинения заряда ВВ.

Этот импульс, меньший полного импульса на 25%, производит основную часть разрушения взрываемого объёма породы. На основе косвенных эмпирических данных по исследованию предельной величины линии наименьшего сопротивления зарядов ВВ различного диаметра и длины получены зависимости затухания давления, величины и длительности импульса взрыва от расстояния до забоя для наклонного шпура [4-7]:

(4)

; ; ;

; (5)

(6)

(7)

(8)

, (9)

(10)

(11)

. (12)

Здесь в формуле (4) приведены геометрические параметры наклонного шпура, а P(r) и Pz(x,б) соответственно зависимости давления от расстояния и давление на забое в зависимости от угла наклона шпура. В формулах (6), (7), (8) представлены временные параметры импульса: t(r) - длительность волны сжатия в зависимости от расстояния, tz(x, б) - время выхода волны на поверхность забоя, tm - длительность действия уменьшающегося давления в шпуре до его величины, равной 0,65 предела прочности разрушаемой породы. В формулах (9) и (10) приведены выражения для текущего импульса J в зависимости от расстояния, величина импульса Jz(x, б), выходящего на забой и величина среднего импульса Jzc(б) по забою. В формулах (11), (12) дана зависимость величины энергии, переданной породе, от смещения породы в волне сжатия и степени уплотнения породы.

При указанных временно-пространственных зависимостях основных параметров импульса взрыва шпурового заряда ВВ его средняя величина на забое с учётом создаваемой им степени дробления взрываемого массива равна или превышает величину динамического критерия разрушения - нормированного импульса дробления.

Список литературы

1. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела / В.М. Кузнецов. ? Новосибирск: Наука, СО РАН, 1977. - С. 42-44.

2. Адушкин В.В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом // Физические проблемы взрывного разрушения массива горных пород. - М., 1999. - С. 18-29.

3. Влияние условий инициирования заряда ВВ на величину и распределение удельных импульсов взрыва вдоль образующих скважины /Ф.А. Баум [и др.] // Взрывное дело. сб. № 59/16. - М.: Недра, 1966. - С. 13-32.

4. Лыхин П.А. Расчет параметров цилиндрических зарядов взрывчатых веществ / Лыхин П.А., Мальцев В.М. // Изв. вузов. Горн. журн. - 2001. - №2. - С. 91-93.

5. Мальцев В.М. Энергия и импульс разрушения горных пород механическим ударом / В.М. Мальцев, П.А. Лыхин // Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 1999 г. - Пермь, 2000. - С. 36-37.

6. Андрейко С.С. Метод расчета цилиндрического вруба с учетом величины коэффициента разрыхления взрываемой породы / С.С. Андрейко, В.М. Мальцев // Изв. вузов. Горн. журн. - 2004. - № 4. - С. 70-72.

7. Мальцев В.М. Ударно-импульсный метод расчета параметров клинового вруба / Мальцев В.М., Соловьев В.А. // Взрывное дело. вып. №99/56. - М., 2008, - С. 20-32.

Размещено на Allbest.ru