При взрыве

Экзотермичность процесса, большая скорость его распростра­нения и наличие газообразных продуктов взрыва под большим давлением придают физическому или химическому явлению характер взрыва.

Как следствие указанных особенностей взрывчатого разложения ВВ, его масса при взрыве быстро превращается в газы. Огромное давление газов взрыва приводит к распространению в окружающей заряд среде ударной волны. Во фронте ударной волны давление, скорость смещения частиц, плотность и другие параметры, характеризующие состояние среды, возрастают скачкообразно. Впереди фронта параметры среды остаются невозмущенными, позади фронта они меняются непрерывно (рис.4.4).

Рис. 4.4. Эпюра давлений ударной волны (а) и границы фронта

ударной волны (б): 1 - граница разлета продуктов взрыва;

2 - граница зоны разряжения и сжатия; 3 - передний фронт ударной

волны (направление стрелок соответствует направлению

смещения частиц за фронтом волны)

Как любой сверхзвуковой процесс, процесс распространения ударной волны связан с потерями энергии. Скорость, давление и энергия ударной волны с расстоянием быстро убывают Уже на расстоянии (10-15)Ro от центра взрыва скорость распространения возмущения становится равной скорости звука, и ударная волна в твердой породе преобразуется в волну напряжений (рис.4.5).

Рис. 4.5. Распространение волны напряжений (волны сжатия)

Волна напряжений характеризуется следующим:

а) Скорость её распространения равна скорости звука

б) Время изменения состояния вещества меньше времени
возвращения его к состоянию покоя t_H'<t

Зона распространения волны напряжения составляет от 15 до
150 радиусов заряда.

По мере дальнейшего распространения в среде волны напряжения наблюдается еепереход в сейсмическую волну (рис.4.6).

Рис. 4.6. Распространение сейсмической волны

Сейсмическая волна характеризуется следующим:

а) Скорость её распространения равна скорости звука

б) Продолжительность нарастания возмущения равна
времени его возвращения к состоянию покоя t_u = t .

Основной объем породы разрушается под действием волны напряжения, так как расстояние распространения ударной волны невелико (10-15)Ro, а амплитуда колебания сейсмической волны мала (приводит лишь к сотрясению пород) (рис 4. 7)

Кроме перечисленных факторов разрушение пород происходит также под действием расширяющихся по трещинам газообразных продуктов взрыва и от соударения кусков породы, разлетающихся при взрыве.

Рис.4.7. Распространение ударных волн, волн напряжений и сейсмических волн: I – зона действия ударной волны; II – зона действия волны напряжений; III – зона действия сейсмической волны

В настоящее время нет единой теории механизма действия взрыва в твердых средах. Отдельные ученые по разному оценивают влияние рассмотренных выше факторов на механизм разрушения.

Основные гипотезы механизма действия взрыва следующие'

1. Разрушение горных пород взрывом происходит за счет расклинивающего действия продуктов взрыва.

Ученые, поддерживающие эту гипотезу, считают что уже на ранних стадиях развития процесса взрывного разрушения продукты детонации, образующиеся при разложении ВВ, проникают в среду и активно участвуют в ее уплотнении, разрушении и сдвиге Расклинивающему действию продуктов детонации принадлежит как они считают, определяющая роль при разрушении горных пород '

2. Разрушение горных пород взрывом происходит за счет воздействия волн напряжений.

Ученые, поддерживающие эту гипотезу, считают что под влиянием волн напряжений порода растрескивается и таким образом волны напряжений оказывают решающее влияние на процесс разрушения.

3. Разрушение горных пород взрывом происходит как от действия газов взрыва, так и волн напряжений.

Ученые, поддерживающие эту гипотезу, считают что под действием волн напряжений в породе образуются трещины и при распространении продуктов детонации по этим трещинам происходит окончательное разрушение пород. Степень влияния разрушающих факторов определяется свойствами взрываемых горных пород.

Профессор А.Н. Ханукаев разделил все породы на три группы (в зависимости от акустической жесткости рС_р (табл.3.1):

I группа: p C_p <5000000 кг/м³ м/с. Горные породы этой группы

(пески, супеси, глины, суглинки) разрушаются за счет ударной волны (в ближней зоне) и за счет расширяющихся газов.

II группа: р С =5000000-15000000 кг/м³ м/с. Горные породы этой

группы разрушаются под воздействием ударной волны, волны на­пряжений и расширяющихся продуктов взрыва, проникающих в естественные и вновь образующиеся трещины. К этой группе отно­сятся породы с коэффициентом крепости f=1-10, а также более крепкие, но сильнотрещиноватые с содержанием естественных от-дельностей размерами, близкими к размерам кондиционных кусков.

III группа: рС_р>15000000 кг/м³ м/с. Горные породы этой группы разрушаются в основном под воздействием ударной волны и волны напряжения. Роль продуктов взрыва в разрушении незначительна.

Таблица 4.1 Механизм разрушения пород взрывом