книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Осциллографический метод, так же как и метод Дотриша, позво­ ляет определить среднюю скорость детонации на каком-то участке заряда и ие дает информации о развитии процесса детонации по всей длине заряда. Поэтому, когда хотят получить информацию об этом процессе, часто используют оптические методы измерения скорости детонации. Сущность этих методов состоит в фотографировании све­ чения, перемещающегося по заряду ВВ при его детонации.

Определение скорости детонации производят с помощью сверх­ скоростной фоторегистрирующей установки СФР. Этот прибор уст­ роен так, что изображение светящегося фронта перемещается по

1 — заряд; 2 — первый объектив; 3 — щель; 4 — второй объектив; 5 — зеркало; в — пленка; 7 — направление вращения зеркала; 8 — направление перемещения изобретения на пленке

пленке в двух взаимно перпендикулярных направлениях: по вертикалп — со скоростью, пропорциональной скорости детонации, и по горизонтали — с точно известной скоростью развертки. Развертка изображения в горизонтальном направлении осуществляется за счет вращения плоского зеркала (рис. 100).

Заряд ВВ в прозрачной оболочке располагают так, чтобы ось его была параллельна оси зеркала. Первый объектив прибора проек­ тирует изображение заряда на плоскость щели, находящейся внутри прибора. Это изображение с помощью второго объектива проектирует­ ся на зеркало и, отражаясь от него, попадает на пленку, укреплен­ ную на внутренней поверхности корпуса камеры СФР. После взрыва и проявления пленки получают на пленке изображение процесса дето­ нации в виде наклонной линии (рис. 101). Скорость детонации рас­ считывают по формуле

где R — константа прибора; п — частота вращения зеркала, об/мин; к — коэффициент уменьшения оптической системы; Ду и Да: — вели­ чины, получаемые при обработке пленки.

245

Испытание ВВ на чувствительность к удару. Это испытание основано на действии удара груза определенной массы, свободно падающего с некоторой высоты на слой ВВ, помещенный между поверхностями стальных роликов.

В соответствии с ГОСТ 4545—48 характеристикой чувствитель­ ности ВВ к удару является частость возникновения взрывов, наблю­ даемых в 25 опытах прп паденпп груза 10 кг с высоты 25 см.

Испытание производят на копре К-44-П (конструкции Куйбышев­ ского индустриального института), состоящем из направляющих, груза, который может закрепляться на определенной высоте и при освобождении падать между напра­

которые помещены в муфту приборчпка.

Груз массой 10 кг устанавливают на высоте 25 см. Приборчик помещают в центрирующую обойму на наковальне копра и нажатием спускового механизма сбрасывают груз на приборчик.

Результат удара определяют по звуковому эффекту, вспышке и дымообразоваиию или по обугливанию ВВ после удара. Если удар не сопровождался перечисленными явлениями, то считают, что произошел «отказ).

На результаты испытания сильно влияет качество обработки роликов, которое проверяют для каждой партии роликов испытанием на чувствительность к удару эталонного ВВ — тетрила. Его дважды перекристаллизовывают из ацетона и отбирают фракцию между си­ тами № 25 (размер отверстий 0,28 мм) и № 32 (размер отверстий 0,20 мм). Такой тетрил должен давать от 44 до 56% взрывов.

§ 65. Методы испытаний СВ

Испытания капсюлей-детонаторов. Поступающие на базисный склад КД подвергаются только наружному осмотру. Для этого от каждой поступившей партии вскрывают не менее двух ящиков, из которых отбирают не менее 200 шт. капсюлей-детонаторов, которые подвергают наружному осмотру. При осмотре обращают внимание на наличие трещин или раковин на металлических гильзах, а у бу­ мажных — отслаивания бумаги у дульца капсюля.

246

Внутренняя поверхность металлических и бумажных гильз не должна быть загрязнена. У КД в бумажных гильзах не должно быть сколов тетрила.

При наличии дефектов вся партия бракуется и составляется рекламационный акт. Вопрос о дальнейшем использовании изделий этой дартпи решается комиссией из представителей потребителя и поставщика.

Дефектные капсюли-детонаторы уничтожают взрыванием. Испытание электродетонаторов. Поступившие на базисный склад

ЭД подвергают наружному осмотру, а на расходном складе — проверке на проводимость.

От поступившей на базисный склад партии ЭД из двух ящиков и не менее чем из 20 коробок отбирают 200 ЭД, которые осматривают. При этом обращают внимание на то, чтобы на металлических гильзах ЭД не было следов окисления, загрязнения, трещин, помятостей и раковин. На бумажных гильзах не должно быть отслаивания бумаги в местах склеивания, а также сколов тетрила у дна ЭД.

Не допускаются также слабый обжим гильзы детонатора в месте вставки пластиковой пробки, нарушения изоляции проводов, загряз­ нение и окисление зачищенных концов проводов.

При обнаружении указанных дефектов составляется реклама­ ционный акт, который высылается заводу-изготовителю и соответ­ ствующему институту по безопасности работ (МакНИИ или ВостНИИ). Партия бракуется и вопрос о возможности дальнейшего ее использования решается комиссией с участием представителей потребителя и поставщика. Забракованные ЭД уничтожают взры­ ванием.

При проверке на расходных складах электрического сопротивле­ ния ЭД их помещают в специальное предохранительное устройство, чтобы в случае взрыва электродетонатора не травмировать осколками проверяющего.

Защитное устройство может быть изготовлено из отрезка сталь­ ной трубы, футерованной внутри резиной или войлоком. Разре­ шается также проводить испытание, поместив ЭД за деревянный щит толщиной не менее 10 см.

Проверку ЭД производят приборами, допущенными для этой цели Госгортехнадзором союзной республики и дающими в измеритель­ ную цепь постоянный ток силой не более 50 мА.

Обрывов и коротких замыканий у ЭД не должно быть. Измерен­ ное сопротивление ЭД должно соответствовать величине, указанной на этикетках коробок.

При обнаружении отклонений в показателях сопротивлений от указанных на этикетках соответствующие ЭД бракуются; на них составляется акт.

Испытание детонирующего шнура. Поступающий на базисный склад ДШ подвергают наружному осмотру, испытанию на безотказ­ ное взрывание по установленным схемам и испытанию на водоустой­ чивость.

247

От каждой партии вскрывают один ящик, в котором все бухты ДШ подвергают наружному осмотру. При этом устанавливают наличие или отсутствие дефектов: нарушения целости оболочки, пе­ реломы, утончение пли утолщение. Если число бухт с дефектами превышает 10% общего числа осмотренных бухт, вся партия ДШ бракуется.

Помимо этого ДШ испытывается на безотказное взрывание по установленным схемам. Для испытания берут три бухты детонирую­ щего шнура. От каждой бухты отрезают по пять отрезков длиной

1м, а оставшиеся 45 м располагают в виде магистральных линий.

Ккаждой из них присоединяют на некотором расстоянии отрезки ДШ, располагая лх по ходу детонации. Отрезки присоединяют

внакладку, прпчем конец отрезка шпура должен плотно прилегать к магистрали на расстоянпп не менее 10 см. Для скрепления используют изоляционную ленту или шпагат.

К начальному концу магистрали присоединяют электродето­ натор, п удалившись на безопасное (но не менее 50 м) расстояние, производят взрывание.

ДШ, дающий при этом испытании более одного отказа на маги­ страли или более двух отказов в подсоединенных отрезках, бра­ куется.

Если предполагается попользовать ДШ в обводненных условиях, то его испытывают на безотказность взрывания после выдержки в воде на глубине 2 м. Если шнур будут применять в мокрых забоях, то время выдержки его под водой составляет 1 ч. Если же шнур использовать в сильно обводненных забоях (под водой), то его вы­ держивают под водой в течение 4 ч. Для испытания ДШ па водоустой­ чивость используют отрезок длиной 5 м. Концы этого отрезка шнура перед погружением в воду изолируют водоустойчивой мастикой. После выдержки в воде шнур вынимают, разрезают на пять равных частей и связывают их одну с другой в одну линию морскими узлами. Соединенный таким образом шнур подрывают ЭД; при этом он должен детонировать полностью.

Если шнур не выдерживает испытания на водоустойчивость, то его испытывают дополнительно без замачивания. При получении в этом случае положительных результатов ДШ данной партии исполь­ зуют при взрывных работах в сухих забоях.

Испытание огнепроводного шнура. На базисном складе ДШ подвергают наружному осмотру, испытанию на водостойкость и испытанию на скорость, полноту и равномерность горения.

При наружном осмотре от каждой партии вскрывают не менее одного ящика, в котором все бухты ОШ подвергают осмотру. При этом устанавливают наличие или отсутствие дефектов: переломов, трещин в оболочке, утолщений и сужений, разлохмачивания концов,

248

На водостойкость ОШ испытывают по всем показателям только после выдержки в воде в течение: 1ч — ОША, 4 ч на глубине 1 м — ОШДА и ОШП. Концы бухт пшура марки ОШП изолируют водоустойчивой мастикой.

Шнур, давший после замачивания хоть бы одно затухание, до­ пускают только для работ в сухих забоях.

Испытания на скорость, полноту н равномерность горения ОШ производят следующим образом: вначале отобранные для испытания бухты шнура разматывают и от каждой с одного конца отрезают 5 см, а затем 60 см. Подготовленные отрезки шнура поджигают и устанавливают скорость горения каждого отрезка. Время горения отрезка длиной 60 см должно быть не менее 60 и не более 69 с. ОШ, давший хотя бы один случай затухания, а также показавший большее или меньшее время горения, бракуют.

Оставшиеся от испытаний на скорость горения бухты шнура разматывают на площадке и поджигают. Шнур должен гореть равно­ мерно без хлопков и прорывов искр через оболочку, не должно быть затухания горения пороховой сердцевины и воспламенений оболочки. При наличии хотя бы одного затухания или другого дефекта, ОШ данной партии подвергают повторному испытанию с удвоенным количеством шнура. При повторном обнаружении дефекта партию бракуют и рекламационный акт направляют заводу-изготовителю и Институту по безопасности работ. Вопрос о дальнейшем использова­ нии ОШ этой партии решает комиссия из представителей потреби­ теля и изготовителя.

§ 66. Уничтожение ВМ

Пришедшие в негодность в результате длительного хранения или не отвечающие требованиям технических условий ВМ подлежат уничтожению, которое производят по письменному распоряжению главного инженера, технического руководителя предприятия или руководителя взрывных работ. О каждом таком уничтожении ВМ должен составляться акт, в котором указывается наименование и ко­ личество уничтоженных материалов, причины и способ уничтожения.

Уничтожением должен руководить заведующий складом или руко­ водитель взрывных работ.

ВМ разрешается уничтожать взрыванием, сжиганием или рас­ творением в воде.

Для уничтожения взрыванием или сжиганием должна быть под­ готовлена удобная площадка, вокруг которой грунт очищают от дерна. На безопасном расстоянии от площадки для лиц, производя­ щих уничтожение, должно быть устроено надежное укрытие.

Уничтожение взрыванием. Этим способом разрешается уничто­ жать детонаторы и детонирующий шнур, перфораторные заряды, а также ВВ, если есть уверенность в полноте их взрыва.

Количество ВМ, уничтожаемое за один прием, устанавливается в каждом отдельном случае.

249

РАЗДЕЛ III

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Г л а в а XVII

НАЧАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УДАРНЫХ ВОЛН

ВТВЕРДЫХ СРЕДАХ

§67. Условия разрушения пород взрывом

Разрушение горных пород взрывом представляет собой сложный процесс, который в общем случае характеризуется кратковремен­ ностью прилояшния нагрузки к разрушаемому объему среды. Такого рода нагрузки в физике твердого тела называются динамическими или импульсными. В самом общем виде результат взрывного раз­ рушения зависит от трех компонентов — нагрузки, формы разрушае­ мого тела и материала, из которого оно состоит. Нагружение твердого тела (горной породы) приводит к появлению в нем напряжений, деформаций и перемещений, которые могут быть обратимыми (упру­ гими) и необратимыми (пластичными). Характер разрушения зависит от времени приложения нагрузки. С этой точки зрения нагрузки можно классифицировать так:

статические, т. е. не зависящие от времени; постепенно прилагаемые, когда величина нагрузки изменяется

в течение нескольких секунд; пульсирующие или знакопеременные, когда скорость периодиче­

ского изменения нагрузки исчисляется сотнями и тысячами из­ менений в секунду;

быстроприлагаемые (в течение тысячных долей секунды); импульсные или ударные, нагружение которых характеризуется

возрастанием нагрузки в течение миллионных долей секунды до очень высоких значений, а затем резким спадом ее.

Поведение материала при приложении той или иной нагрузки определяется в большей степени его механическими свойствами. При обычном статическом нагружении, механические свойства ма­ териала остаются в процессе нагружения одинаковыми во всем телэ.

Например, при сжатии образца цилиндрической формы на прессе (рис. 102, а) напряжения в различных его частях будут различ­ ными. Верхняя и нижняя части образца не будут расширяться вслед­ ствие трения на торцах. Центральные части (по образующим) искри­ вятся и образец примет бочкообразную форму.

При динамическом нагружении того же образца нагрузкой, равномерно распределенной на его торце, в образце возникает волна

251

сжатия, распространяющаяся вдоль цилиндра (рис. 102, б) с опре­ деленной скоростью, зависящей от материала образца с. По истече­ нии промежутка времени Дt часть образца будет сжата (иа участке AI = с Дt), а остальная будет находиться в ненапряженном состоя­ нии. При этом, если нагрузка характеризуется чрезмерно большими давлениями и высокой скоростью нагружения, механические свой­ ства материала на участке, подверженном такому виду нагружения, могут быть заметно изменены.

Когда время приложения иагрузкп будет равно или больше времени прохождения волны по образцу, последний будет полностью сжат. Вследствие отражения и пре­

Рломления волны в образце возник­ нет сложное напряженное состоя­ ние, существенно отличное от со­ стояния в случае приложения статической нагрузки.

от того, что происходит в другой. Эта независимость напряжен­ ного состояния при динамических нагрузках характеризуется:

неравномерностью нагрузки; промежутком времени, в течение которого напряжение распре­

деляется внутри тела; влиянием границ тела и внутренних связей частиц тела;

рассеянием энергии по мере распределения иагрузкп. Импульспвные нагрузки характеризуются еще и тем, что они

сообщают перемещение частицам среды, иа которую они действуют. Процессы разрушения горных пород взрывными нагрузками, как правило, связаны с процессами прохождения в них особых видов волн — ударных волн х. Сущность ударной волны состоит в том, что при ее прохождении в среде, независимо от ее агрегатного со­

стояния, происходит скачкообразное (ударное) сжатие вещества. Для решения любых задач, связанных с импульсивным приложе­

нием нагрузки, необходимо знать основные параметры, определяющие состояние вещества. А это, в свою очередь, связано с вопросом об уравнении состояния тела, испытывающего значительные давления. Ибо зная уравнение состояния и уравнение изэнтропы тела, можно

1 Проф. Г. И. Покровский предлагает называть ударные волны в грунтах п горных породах в з р ы в н ы м п в о л н а м и (в отллчпе от ударных волн в воздухе п жидкости).

252

установить основные закономерности распространения ударных волн.

В общем виде состояние идеальной среды определяется либо массовой плотностью р и абсолютной температурой Т, либо плот­ ностью и энтропией S. А уравнение, определяющее связь давле­ ния в среде р с плотностью и температурой, называется у р а в ­

ного состояния вещества и не зависят от термодинамических процес­ сов, в результате которых произошло изменение состояния.

Изучение поведения ударных волн и вообще волновых процессов в сплошной среде,- как правило, базируется на использовании упро­ щенных моделей этих сред. Сплошной средой в этом случае назы­ вают любой малый объем вещества, который является все же на­ столько большим, что в нем еще имеется большое число молекул. Классическое определение этого термина относится к поведению (движению) жидкостей и газов в гидродинамике. Горные породы, как правило, относятся к сплошным средам, заполняющим про­ странство непрерывно.

Свойства горных пород весьма многообразны: существуют по­ роды с ярко выраженными упругими, пластичными, хрупкими, вяз­ кими и т. п. свойствами. Для упрощения многих расчетов в физике твердого тела горные породы приближенно характеризуют с помощью моделей идеальной и неидеальной среды. В свою очередь, каждая из этих моделей подразделяется на определенное число частных моделей, отличающихся между собой видом функции и констант, характеризующих частные свойства данной среды.

Идеальные среды известны в физике под названием и д е а л ь ­

жение (давление) в любой точке не зависит от направления прило­ жения статической или динамической нагрузки и одинаково в любой точке среды. Поведение идеальных сред при волновых процессах полностью подчиняется уравнению состояния.

Как правило, именно уравнениями состояния отличаются одна среда от другой. При больших давлениях, возникающих при взрыв­ ных нагрузках, поведение многих реальных плотных сред, таких, как вода, водонасыщенный грунт и некоторые горные породы, с не­ которым приближением, могут рассматриваться как идеальных сред.

§ 68. Механизм образования ударных волн при взрыве в породе

Выше были изложены основные положения гидродинамики, изу­ чающей взаимодействие потоков вещества с различными средами и основы теории образования ударных волн в газах (см. § 45). Со­

253

гласно этим представлениям у д а р н а я в о л н а ( п о в е р х ­ н о с т ь р а з р ы в а ) п р е д с т а в л я е т с о б о й в о л н у с ж а т и я , р а с п р о с т р а н я ю щ у ю с я по с р е д е с о с в е р х з в у к о в о й с к о р о с т ь ю и х а р а к т е р и з у ю ­ щ у ю с я т е м , ч т о п а р а м е т р ы п о т о к а в е щ е с т в а— д а в л е н и е , п л о т н о с т ь , т е м п е р а т у р а — с к а ч к о ­ о б р а з н о п з м е н я ю т с я н а ее п е р е д н е м ф р о н т е .

Скорость, давленпе п энергия ударной волны в среде с удалением от источника возмущения вследствие необратимых потерь энергии

А I

Р ис. 103, Схема, поясняющая образование ударной волны сжатия:

и — скорость потока вещества; D — скорость фронта волны сжатия

быстро убывают. В горной породе на расстоянии порядка 10—12 радиусов заряда скорость ударной волны приближается к скорости звука, ударная волна перерождается в волну напряжений, а затем переходит в обычную акустическую (звуковую) волну.

Образование ударной волны при взрыве заряда ВВ происходит в результате ударного воздействия продуктов детонации на окру­ жающую среду.

Механизм образования ударной волны во многом похож на меха­ низм образования детонацпонной волны в газах. Достаточно вспом­ нить классический пример с поршнем, вдвигаемым с постоянной скоростью в трубку, заполненную газом (см. рис. 55). Единственным существенным отличием ударной волны от детонационной является то, что детонационная волна движется по заряду ВВ с постоянной скоростью за счет непрерывного пополнения ее энергии в зоне реак­ ции, а ударная волна вследствие необратимых потерь энергии в ре­ зультате нагрева частиц среды постепенно затухает. Наиболее про­ стой аналогией механизма образования и распространения ударной волны по веществу является характер распространения возмущений по ряду расположенных в линию упруго соединенных между собой пружинками шариков (рис. 103).

Если за время t переместить шарики поршнем на расстояние а, то скорость их перемещения, называемая массовой скоростью, будет равна и — alt, в то же время скорость перемещения D границы

254