Взрывы в земной коре, реферат, страница 7

В 70-е годы развитие теоретических представлений механизма разрушения базируется на обширных экспериментальных исследованиях. Для их проведения были разработаны способы и средства скоростной фоторегистрации процесса разрушения, методы регистрации параметров поли напряжений, определения скорости развития трещин в горных породах.

Созданию средств регистрации для исследования процесса разрушения хрупких материалов при взрыве в лабо-

раторных условиях способствовала разработка методов моделирования действия взрыва в горных породах. Большой вклад в формирование научных основ моделирования внесли Л. И. Седов, Г. И. Покровский, О. Е. Власов, В. И. Родионов. В последние годы предложены критерии подобия при моделировании процесса разрушения, учитывающие распределение неоднородностей, микротре-щип и дислокаций. Соблюдение этих критериев позволяет моделировать распределение гранулометрического состава при дроблении реальных горных пород.

Теоретические основы действия взрыва в горных породах позволили четко сформулировать главные направления научных исследований: во-первых, это механизм передачи энергии взрыва окружающей твердой среде, во-вторых, повышение удельного расхода энергии взрыва на дробление; в-третьих, повышение энергии самих ВВ и воздействие на механизм процесса химической реакции взрывчатого разложения.

Благодаря теории разрушения горных пород в массиве родилось понятие об управлении действием взрыва. Известно, что работа взрыва была бы гораздо эффективнее, если бы большая часть его энергии расходовалась по назначению — на дробление материала. К сожалению, доля энергии на полезные формы работы взрыва составляет 5—15%. Остальная энергия идет на необратимое деформирование (и, следовательно, нагрев) твердой среды и ее перемещение, а также теряется с газами взрыва. Наибольшей деформации подвергается материал в зоне, близко расположенной к заряду. Это происходит уже после того, как фронт волны уходит на значительное расстояние.

Для разрушения горных пород имеет значение не только количество энергии, заключенной в заряде, по и способ ее передачи окружающему массиву: именно быстрота, кратковременность передачи энергии ведет к огромным се потерям (например, на необратимые пластические деформации) в начальной стадии. Следовательно, в общем виде задача сводится к тому, чтобы увеличить время выделения энергии от взрыва заряда (пли группы зарядов). С другой стороны, необходимо улучшить условия передачи энергии заряда ВВ в разрушаемую среду и увеличить начальные напряжения. Такую задачу удается решить путем изменения внутренней газодинамики расширения продуктов детонации в зарядной камере.

На основе этих принципиальных выводов получили научное содержание методы управления действием взрыва: заряды с воздушными промежутками, многократное инициирование заряда ВВ в скважине, создание ВВ на основе крупнодисперсной (гранулированной) аммиачной селитры и дизельного топлива.

Заряды с воздушными промежутками имеют длинную предысторию. Еще в 1835 г. капитан русской армии Буте-нев предложил оставлять воздушную полость в нижней части скважины путем установки под заряд деревянного стержня. Следует отмстить, что почти сто лет спустя, в 1931 г., М. Я. Сухаревский и Ф. А. Першакоп модернизировали это предложение, решив рассредоточить заряды применением фальшивых патронов; они же рекомендовали использовать патроны меньшего диаметра, чем диаметр шпура, оставляя таким образом кольцевой воздушный зазор. Все это было направлено па повышение эффективности воздействия взрыва на среду.

Свое настоящее рождение заряды с воздушными промежутками получили в начале 60-х годов, когда исследования Н. В. Мельникова и Л. Н. Марченко выявили физическую картину разрушения зарядом, имеющим воздушный промежуток. Было установлено, что продукты детонации первоначально могут расширяться в этом промежутке, за счет чего не только снижается начальное давление взрыва и соответственно увеличивается длительность процесса, но и достигается соударение газовых потоков в самом воздушном промежутке. В результате уменьшаются затраты энергии на местное действие взрыва и соответственно увеличиваются се затраты на полезное дробление породы. В зарядах выброса создаются воздушные полости между зарядом и стенками зарядной полости, играющие роль компенсатора: уменьшается пиковое давление взрыва, за счет сокращения его местного действия возрастает доля энергии взрыва, используемой на выброс породы; в результате при одинаковой величине заряда увеличивается объем образуемой выемки и снижается удельный расход ВВ.