книги из ГПНТБ / Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах

развертки осуществляется кратковременным импульсом любой полярности амплитудой не менее 3,5 в, образующимся при раз­ ряде накопительной емкости в момент замыкания ионизацион­ ного датчика.

Широко применяемая схема запуска развертки осциллогра­ фов ИВ-13м предназначена для лабораторных измерений. При этом длина кабельной линии, соединяющей ионизационные дат­ чики с аппаратурой, незначительна и не оказывает существен­ ного влияния на формирование запускающего импульса. Изме­ рение скорости детонации удлиненных горизонтальных зарядов длиной 30—40 м требует увеличения длины кабельной линии до

100—170 м.

Измерение амплитуды импульса запуска с помощью элек­ тронного осциллографа СИ-1 показало, что при увеличении дли­ ны кабельной линии до 100 м амплитуда импульса запуска па­ дает до 1,5—1,6 в, что не обеспечивает надежного запуска изме­ рителей времени.

Анализ эквивалентной схемы запуска развертки (рис. 30) показывает, что уменьшение амплитуды запускающего импуль­ са при удлинении кабельной линии происходит за счет перерас­ пределения заряда накопительной емкости блока запуска и рас­ пределенной емкости кабельной линии. Запускающий импульс снимается с входного сопротивления осциллографа ИВ-13м при разряде через него накопительной емкости. Через это же сопро­ тивление разряжается и распределенная емкость кабельной ли­ нии, но в противоположном направлении, снижая при этом амплитуду полезного сигнала. Отсюда следует вывод, что боль­ шую амплитуду импульса можно получить с помощью увели­ чения накопительной емкости. Увеличение емкости с 30 и 70 пф позволяет повысить амплитуду импульса до 6—8 в без суще­ ственного снижения точности измерений.

На рис. 31 приведена схема блока запуска измерителя вре­ мени ИВ-13м. Для исключения влияния запускающих импуль­ сов на соседние каналы через источник питания в схему введе­ ны развязывающие цепочки R5C5— R7C7. В блоке запуска смонтирована также взрывная машинка, состоящая из конден­ сатора большой емкости С8, ограничивающего резистора R8 и индикаторной лампочки ТН-2. Нормально разомкнутая кнопка КН1 служит для заряда конденсатора перед взрывом, кнопка КН2 — для подачи напряжения на электромагниты ЭМ, смонти­ рованные на тубусах приборов; КНЗ — кнопка взрыва. Напря­ жение на электродетонатор подается только после того, как включаются электромагниты и открываются затворы фотокамер.

В исходном состоянии конденсатор С2 (см. рис. 30) заря­ жается через входное сопротивление осциллографа — резистор R3, а разряжается через ионизационный датчик сопротивлением R2, которое равно 200 ком. В момент, когда детонационная вол­ на достигает датчика, его сопротивление, как указывалось вы­

92

ше, резко падает до 35—40 ком, емкость С2 быстро разряжает­ ся через входное сопротивление осциллографа и сопротивление датчика (R2 и R3). С входного сопротивления прибора сни­ мается сигнал для запуска развертки. Абсолютная ошибка от­ счета времени по данной методике составляет 0,25 мксек.

Известно, что после кратковременного периода задержки возбуждения детонации скорость последней имеет самое низкое значение, которое непрерывно возрастает и на определенном расстоянии от инициатора (на участке разгона) достигает мак­ симального в данных условиях значения. При этом чем прочнее

Рис. 31. Общая схема блока запуска осциллографов ИВ-13м:

породное окружение и выше дисперсность игданита, тем быст­ рее детонация возбуждается и достигает своего максимума. Так, установлено [53], что для шпуровых зарядов игданита учас­ ток разгона составляет не более 9—10 d3 и скорость детонации в инициируемом заряде не должна составлять менее 70% устой­ чивой максимальной. Применение мощного инициатора для взрывания игданита нецелесообразно, поскольку в этом случае детонация имеет неустойчивый режим: после разгона скорости до значений, больших максимальной для данных условий, на­ чинается снижение ее до значений, ниже нормальной.

93

Исходя из этого датчики устанавливались в интервале рас­ стояний 5—10 d3 от места инициирования, чтобы исключить влияние инициатора. Последним служил заряд-боевик из двух стандартных двухсотграммовых шашек прессованного тротила. База I — расстояние между ионизационными датчиками —■вы­ биралась исходя из разрешающей способности аппаратуры. В нашем случае она принималась равной 15—25 см. При рас­ шифровке осциллограммы замерялись интервалы между разры­ вами спиральной развертки, соответствующие времени прохож­ дения фронтом детонационной волны расстояния между датчи­ ками и по величине базы находилась скорость детонации на соответствующих мерных участках: D — 1/t. Результаты экспе­ риментальных данных приведены в табл. 19.

Т а б л и ц а 19 Результаты измерений скорости детонации удлиненных зарядов

Необходимо заметить, что при проведении промышленно­ экспериментальных взрывов создать идентичные условия от опы­ та к опыту очень трудно. В частности, такой фактор, как плот­ ность ВВ, существенно влияет на процесс распространения де­ тонации по длине заряда. Японскими исследователями было ус­ тановлено, что для смесей на основе аммиачной селитры и ди­ зельного топлива максимальное значение скорости детонации наблюдается при рвв=1,0-р1,1 г/см3. При плотностях же 1,2— 1,3 г/см3 детонация ВВ не наблюдалась или происходило ее за­ тухание. Отсюда видно, что изменение значения плотности на 0,1 г/см3 приводит к существенному нарушению режима проте­ кания детонации. Такое нарушение режима может быть вызва­ но тем, что с увеличением плотности уменьшаются размеры га­ зовых включений и ухудшается газопроницаемость вещества. Это затрудняет воспламенение частиц ВВ, если оно происходит вследствие сжатия и разогрева газовых включений и если его

94

вызывают горячие газы, проникающие в поры между части­ цами.

Значительную роль в процессе распространения детонации играет пористость, т. е. удельная поверхность. Изменение порис­ тости гранул [87] и количества мелочи влияет на изменение кон­ такта горючего ДТ с окислителем АС. При этом адсорбцион­ ные силы аммиачной селитры способствуют сближению атомов, входящих в состав АС и ДТ, что в свою очередь способствует взрывной реакции. Установлено, что скорость детонации игда-

и равная 60—100 см2, влечет за собой увеличение скорости дето­ нации от 1500 до -2750 м/сек, т. е. почти в два раза.

На основании экспериментальных данных (табл. 19) по­ строена зависимость скорости детонации от диаметра заряда (рис. 32). Из рисунка видно, что во всем исследованном интер­ вале изменения скорости детонации D последняя зависит от ра­ диуса заряда, что свидетельствует о неидеальности режима де­ тонации во всем диапазоне значений d3. Однако, несмотря на неидеальный режим, установлена четкая картина характера за­ висимости D и числовые значения D в интервале радиуса заря­ да игданита 0,05—0,10 м применительно к сжимаемым грун­ там — суглинкам. Из рис. 32 видно, что при взрывании удлинен­ ных зарядов игданита целесообразно взрывать заряды с радиу­ сом не менее 0,075 м, поскольку в интервале г3=0,075ч-0,10 м значения увеличиваются всего на 300 м/сек, тогда как в интер­ вале г3= 0,05ч-0,075 м — на 1000—1120 м/сек, т. е. в первом случае D приближается к своему предельному значению.

Исследование затухания детонации удлиненных зарядов иг­ данита (L=10; 20; 30 м) производилось при г3, равных 0,06; 0,075 и 0,10 м. Результаты экспериментов позволяют сделать не­ которые выводы о затухании детонации по длине заряда по изменению значения приведенного сечения S/Cn выработки. Ре­ зультаты экспериментальных данных (табл. 20) дали возмож­

95

ность выявить характер изменения приведенного значения сече­ ния выработки по ее длине (рис. 33).

В заключение можно отметить, что на основе проведенных исследований представилась возможность установить такое зна­ чение диаметра заряда игданита (150 мм), ниже которого ско­ рость детонации резко падает, приближаясь к своему крити­ ческому значению. Таким образом, удлиненные заряды игда­ нита в промышленных целях следует использовать при диаметрах, выше указанного в условиях сжимаемых грунтов.

Т а б л и ц а 20

Параметры выемок

Дальнейшее изучение этого вопроса дает возможность, с одной стороны, установить предельное значение диаметра удли­ ненного заряда игданита, с другой,— разработать методику применения боевиков-оживителей по длине заряда с тем, чтобы исключить резкое затухание детонации, что позволит получать ирригационные каналы, коллекторы и другие гидротехнические сооружения постоянного сечения по всей длине, окруженные равномерной зоной уплотненного грунта с надежными противофильтрационными свойствами.

96

3. ПОЛУЧЕНИЕ ОТКРЫТЫХ ЛИНЕЙНО-ПРОТЯЖЕННЫХ ВЫЕМОК

ВЗРЫВАМИ ОДИНОЧНЫХ ТРАНШЕЙНЫХ ЗАРЯДОВ

В течение 1965—1969 пг. на территории взрывоэксперимен­ тальной базы АН УССР и ряда районов Юга Украины были проведены многочисленные эксперименты в грунтах с ненару­ шенной структурой. Целью этих экспериментов было решение ряда вопросов, имеющих важное значение при разработке но­ вых технологических схем с применением горизонтальных заря­ дов выброса, в том числе: отработка элементов технологии по­ лучения выемок трапецоидального сечения и достаточно боль­ ших параметров с помощью взрыва удлиненных зарядов (а в отдельных случаях комбинированных зарядов); разработка и уточнение расчетного аппарата при определении зависимостей параметров зарядов от геометрических размеров образуемых выемок, включая выявление критериев подобия для зарядов выброса с осевой симметрией; проверка эффективности в грун­ товых условиях, характерных для горнодобывающих предприя­ тий и районов массового ирригационного строительства, раз­ личных ВВ и типов зарядов, в частности наиболее экономич­ ных и безопасных в обращении игданитов, а также зарядов с воздушными оболочками.

Указанные экспериментальные работы проводились в суглин­ ках, тяжелых суглинках объемным весом 1,73—1,86 г/см3 и ве­ совой влажностью 11,6—16,7% с известковыми и гипсовыми включениями, лессовидных суглинках и пластичных глинах. Та­ ким образом, участки экспериментальных исследований охва­ тывали широкий диапазон грунтовых условий, включающий практически все виды связных грунтов.

Применялась следующая технология работ: по оси будущей выемки отрывалась узкая траншея заданной глубины. На дно траншеи укладывался удлиненный горизонтальный заряд, тран­ шея засыпалась и производился взрыв. При взрывании приме­ нялось капсульное инициирование зарядов.

В качестве ВВ использовался прессованный тротил, аммо­ нит № 6 ЖВ, зерногранулит и игданиты. Расход ВВ колебался от 1 до 32 кг на 1 пог. м при длине зарядов 1 —140 м, глубина заложения зарядов была различной в пределах от 7,5 диамет­ ров заряда до полного камуфлета.

Проведенные эксперименты показали, что взрывание гори­ зонтальных удлиненных зарядов в узкой траншее является дос­ таточно простым, надежным и эффективным способом осуще­ ствления взрывных работ для получения открытых выемок. Ре­ зультаты взрывов приведены в табл. 21.

Для установления расчетных зависимостей параметров ци­ линдрических зарядов от размеров получаемых выемок необхо­ димо было проверить правомерность применения принципа гео-

Т а б л и ц а 21

Изменение параметров горизонтальных зарядов выброса и образованных выемок с глубиной

В глинах

98

метрического подобия, в соответствии с которым размеры вые­ мок увеличиваются пропорционально размерам заряда.

Изучая процессы образования воронок взрывом сосредото­ ченных зарядов весом от 120 кг до 1000 т, М. М. Докучаев, В. Н. Родионов и А. Н. Ромашов [45] доказали, что в диапазоне изменения веса 0,12—10 г принцип геометрического подобия соблюдается, т. е имеет место соотношение ±ш const. Лишь

при взрыве зарядов большего веса проявление масштабного эф­ фекта становится существенным; в частности, при взрыве заря­ да весом 1000 т расход ВВ на единицу объема выброшенного грунта в 1,5 раза больше, чем при взрывах малых зарядов. Этими опытами было установлено, что в диапазоне названных весов зарядов и значений показателя действия взрыва n= l,4 -f-

99

4-2,1 при относительных глубинах заложения заряда №0(0,4-ь 4-0,7) С^3В среднее значение радиуса воронки оказывалось

При анализе экспериментальных данных для возможности сопоставления результатов опытов, полученных взрыванием различных ВВ, нами введен показатель, названный приведен­ ным диаметром заряда Dnp. Эта величина представляет собой истинный диаметр заряда ВВ, приведенного к плотности, рав­ ной единице, с введением переводного коэффициента, учитываю­ щего различие энергетических свойств ВВ. Так, в нашем случае для зерногранулита и игданитов значения определялись из вы­ ражения

взрыва их приведенные (относительные) значения путем деле­ ния на DnpИз анализа данных табл. 21 видно, что абсолютные значения параметров выемок в грунте зависят от глубины за­ ложения заряда, погонного расхода ВВ и свойств ВВ и грунта. Одним из важнейших показателей, характеризующих степень воздействия взрываемого цилиндрического заряда на грунтовый массив, является, как и при взрывах сосредоточенных зарядов, показатель действия взрыва п.

В табл. 21 приведены результаты обработки опытов отдель­ но в суглинках и глинах. Данные расположены в порядке на­ растания показателя относительной глубины заложения заря­ да, оказавшегося, наряду с показателем действия взрыва, од­ ним из наиболее характерных.

Относительный радиус воронки находится в такой функцио­ нальной зависимости от этого показателя: для суглинков

Если приравнять первую производную выражений (11.17) и (11.18)

соответственно Wr = 12,3 и Rr = 41,2. Показатель действия взры­

то

Отсюда значения п, соответствующие оптимальным параметрам воронки выброса, будут составлять для суглинков 2,99 и для глин — 3,3.

Анализируя экспериментальные данные и полученные выра­ жения, следует отметить, что в исследуемом диапазоне значе­ ний показателя действия взрыва п постоянство приведенных значений радиуса воронки не соблюдается, как вытекает из принципа геометрического подобия. Однако эти значения наи­ более плотно ложатся в интервале RBCll2= ± 0 ,2 , причем, как правило, они соответствуют случаям взрывания зарядов с пока­ зателем действия взрыва, близким к оптимальному. Такие от­ клонения являются следствием многих причин, главными из ко­ торых следует считать применение ВВ с разными характерис­ тиками и разнообразие грунтовых условий.

Таким образом, при соответствующем учете энергетических характеристик ВВ и взрывании цилиндрических зарядов выбро­ са в грунтах со сходными физико-механическими свойствами в пределах оптимальных значений заглубления и показателя дей­ ствия взрыва, отклонения параметров получаемых выемок от закона геометрического подобия можно считать несуществен­ ными.

Отмеченные соотношения в основном выполняются также при взрывании спаренных зарядов. Отклонения значений пара­ метров отдельных опытов объясняются главным образом нали­ чием прослойков песка и супеси, вызывавших частичные зава­ лы выемок, как это имело место и в опытах, описанных в ра­ боте [45].

Из полученных опытных данных следует, что обычно зна­ чения видимой глубины воронки Нв не совпадают с глубиной заложения заряда и изменяются с изменением показателя дей­ ствия взрыва. Аналитически выражение для определения види­ мой глубины воронки может быть записано в_ виде Нв=

= f(n )D np+W, или в относительных величинах, HB= f (п) + W. Функция показателя действия взрыва f(n) зависит от типа грун­ та и для исследуемых суглинков и глин имеет значения:

101