Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Лабораторный практикум
.pdf
Рис. 1.6. Расположение образца во взрывной камере
и момент взрыва
21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
Изучение действия взрыва взависимости
отглубины заложения иэнергии заряда
взрывчатого вещества
Цель работы: изучение проявления действия взрыва зарядов ВВ при изменении глубины заложения (при постоянной
энергии зарядов ВВ) и изменении энергии заряда (при постоянной глубине заложения).
Теоретические предпосылки
Взрывы разделяются по своей природе следующим образом:
• физические – происходят только физические преобразо-
вания, химический состав вещества не меняется;
• химические – полный разрыв молекулярных связей,
распад на атомы и ионы, образование других, в основном газообразных продуктов взрыва;
• ядерные – происходит цепная реакция деления ядер ато-
ма с образованием новых химических элементов;
• термоядерные – реакция синтеза тяжелый ядер из бо-
лее легких с выделением огромного количества тепла Q =
= (2÷7)⋅10
Все взрывы, имея разную природу, проявляют себя оди-
наково:
• резкий скачок давления;
• ударная волна;
• расширяющийся объем газообразных продуктов;
• сейсмика.
Заряд ВВ – некоторое количество ВВ, приготовленное к
взрыву.
Классификация и характеристики действия зарядов ВВ:
• бризантность – способность ВВ дробить, разрушать со-
прикасающиеся с ним предметы (металл, горные породы
и т.п.). Величина бризантности характеризирует скорость
образования при взрыве газов, скорость детонации, т.е. на-
11
кДж/кг.
22
сколько быстро процесс взрыва распространяется по ВВ, и
силу ударной волны;
• фугасность – характеризует работоспособность ВВ, спо-
собность разрушить и выбросить из области взрыва окружающие материалы (горные породы, грунт, бетон, кирпич и т.п.),
определяется количеством образующихся при взрыве газов.
Чем больше образуется газов, тем большую работу способно
выполнить данное ВВ.
Выбор ВВ определяется конкретными целями. Так, для
ведения добычных работ на горных предприятиях или инженерных (при устройстве котлованов, разрушении ледяных
заторов и т.п.) больше подходят ВВ, обладающее наибольшей фугасностью с любой бризантностью, а для снаряжения
снарядов в первую очередь ценна высокая бризантность и не
столь важна фугасность.
Детонация (взрыв) – режим сложного газодинамического
энерговыделения, происходящего в ВВ со сверхзвуковой скоростью, сопровождающегося распространением по массе ВВ
ударных волн, возбуждаемого однократным начальным импульсом от внешнего источника.
Внешнее воздействие, приводящее к выделению потенциальной энергии, называют инициированием. Внешним источником обычно является взрыв капсюль детонатора (КД)
или электродетонатора (ЭД). Для ВВ режим энерговыделения
определяет энергетическое поведение системы, изменение ее
агрегатного состояния, особенностью которого является то,
что вещество из твердого или жидкого состояния переходит
обязательно в газообразное состояние.
Фронт детонации – это ударный фронт с последующим
энерговыделением. В общем случае за фронт процесса принимают некую регулярную поверхность, отделяющую исходное
вещество от последовательных состояний, предшествующих
энерговыделению. Обычно чем «ближе» энерговыделение к
указанной поверхности, тем выше параметры процесса.
В ряде практических случаев необходимо, оставив на неизмененном уровне суммарное энерговыделение, снизить
23
фронтальные параметры (давление, массовую скорость, температуру). Для этого необходимо создать такие условия, при
которых стадии ведения процесса и энерговыделения растягиваются во времени. Изменение агрегатного состояния совместно с энерговыделением – главная черта любого режима
взрывного процесса (ВП). Изменение агрегатного состояния
при переходе через режим всегда поступательно – конечными
продуктами ВП являются в основном газообразные продукты. Состав продуктов взрыва определяется рядом факторов
для одного и того же химического соединения. Таким фактором в первую очередь является начальная плотность ВВ.
Заряды ВВ подразделяется по следующим принципам.
1. По положению – наружный (накладной) или внутрен-
ний (заряд находится внутри взрываемого объекта).
2. По форме – обычный или удлиненный (длина превы-
шает диаметр, толщину заряда в 3 раза).
3. По конструкции – сплошной иди рассредоточенный
(заряд разделен промежутками из воздуха, воды, забоечного
материала, но находится в одной взрывной полости).
4. По характеру воздействия на окружающую среду
(рис. 2.1):
• наружный (накладной) – применяется при разрушении
негабаритов небольшой прочности, для ликвидации нависов, заколов и при невозможности разместить заряд внутри
взрываемого объекта;
• заряд выброса – при взрыве такого заряда разрушенная
горная порода будет в основном выброшена за пределы образовавшегося контура воронки. Применяется в случаях, когда
взорванную горную породу необходимо переместить (проходка траншей, котлованов и т.п.):
• заряд дробления (рыхления) – разрушенная порода в
основном остается в пределах воронки взрыва. Является основным видом взрыва в горном деле;
• откольный – заряд недостаточный массы, чтобы прове-
сти эффективное дробление. Часть энергии прорывается на
поверхность в виде откола;
24
• камуфлетный – заряд размещается на более значи-
в
o
г
тельную глубину и не имеет силы, чтобы прорваться на поверхность. Вся его энергия образует полость внутри объекта
(от фр. camouflet – взрыв под землей, обычно без образования воронки). Применяется для создания котлов, полостей,
для предотвращения горных ударов в породном массиве.
W
в
а
Wо > W
в
Рис. 2.1. Проявление действия взрыва различных зарядов
при глубине заложения заряда W: а – заряд выброса;
б – заряд рыхления (дробления); в – откольный заряд;
г – заряд камуфлета
б
W
Wк > W
p
При постоянной глубине заложения различные эффекты
действия взрыва в среде могут быть достигнуты изменением
массы заряда. С увеличением массы ВВ заряд камуфлета превращается в заряд рыхления с резким увеличением радиуса разрушения, а затем в заряд выброса. При этом действие
взрыва сопровождается образованием воронки взрыва, в пределах которой происходит разрушение породы. Конфигурация воронки зависит от свойств взрываемой среды. При расчетах одиночных сосредоточенных зарядов форму воронки
взрыва принимают в виде конуса с вершиной в центре заряда.
Основные элементы воронки взрыва показаны на рис. 2.2.
25
в
D
в
дробления
выброса
0
n
W
r
в
в
H
2
ЗАРЯД
H
на
Рис. 2.2. Элементы воронки взрыва: W – глубина заложения
заряда или линии наименьшего сопротивления
(ЛНС – кратчайшее расстояние от центра заряда
до ближайшей открытой поверхности); r
взрыва; 2a – угол раскрытия воронки взрыва; H
глубина воронки взрыва; H
– высота навала породы
нав
– радиус воронки
в
– видимая
в
В зависимости от величины показателя действия взрыва
/W различают три разновидности заряда выброса: нор-
n = r
в
мальный при n = 1, усиленный при n > 1, уменьшенный при
n < 1 (рис. 2.3).
0,2 0,33 0,75 1
Камуфлетный
заряд
Заряд
усиленного
дробления
Заряд
ослабленного
выброса
Заряд
усиленного
выброса
Откольный
заряд
Рис. 2.3. Шкала показателя действия взрыва
Заряд
нормального
Заряд
нормального
При расчете сосредоточенных зарядов рыхления (дробления) полагают, что при взрыве образуется конусообразная
26
воронка, угол при вершине которой равен 90°. Объем такой
23
1
, .
3
м
V rW= p
,Q qV=
2
1
.
3
V rW= p
3
.Q qW=
( )
3
.Q qW f n=
3
р
0,33 .Q qW=
воронки, называемой нормальной, равный объему конуса,
определяется по формуле
Для образования воронки нормального выброса количество ВВ или масса заряда Q, кг:
где q – удельный расход ВВ, кг/м3;
V – объем взорванной породы, представляет собой пере-
вернутый конус,
В расчетах принимают p ≈ 3, r = W, тогда
Для иных видов взрывов с учетом того, что величина
удельного расхода ВВ зависит от показателя действия взрыва, в расчетные формулы вводится функция показателя действия взрыва f(n), которая и учитывает изменение необходимого заряда, тогда формула расчета зарядов имеет вид
Трестом «Союзвзрывпром» установлено, что для зарядов
рыхления численное значение функции показателя действия
взрыва может быть принято f(n) = 0,33, т.е. масса сосредоточенного заряда рыхления
27
Для расчета сосредоточенных зарядов выброса М.М. Бо-
( )
3
0,4 0,6 .fn n= +
( )
33
0,4 0,6 .
25
W
Q n qW= +
ресковым предложен следующий вид функции показателя
действия взрыва:
Наиболее часто при взрывах на выброс значение показателя действия взрыва n принимают в пределах 1,5÷2,0.
При значениях ЛНС более 25 м формула М.М. Борескова
дает заниженные результаты величин зарядов, поэтому проф.
Г.И. Покровским в нее введен поправочный коэффициент, и
расчетная формула для больших величин W приняла вид, кг:
Введение такого коэффициента объясняется необходимостью придать центру тяжести массы выбрасываемого грунта
скорость, достаточную для выброса его из пределов контура
воронки взрыва.
Оборудование и материалы
Образцы из пластичного модельного материала (пластилин
с солидолом) с установленными на различной глубине разрядниками без усилителей – 6 штук, одноканальный генератор
импульсов с боевой линией (зарядная емкость конденсатора
С = 1,175 мкФ, время разряда на разрядник – 50 мс), взрывная камера, бюретка, стакан с водой, линейка. Конструкция
модельного образца показана на рис. 2.4.
Порядок проведения эксперимента
В первой серии экспериментов изучается влияние глубины заложения зарядов ВВ (при постоянной массе заряда)
на проявление действия взрыва в среде. Для этого последовательно производят четыре взрыва модельных образцов с глубиной расположения разрядников 4, 6, 10 и 17 мм при посто-
28
янной энергии 150 Дж. После каждого эксперимента с образца
Резиновая шайба
45
по верхней плоскости срезают вытесненный взрывом материал, измеряют объем воронки при помощи бюретки и радиус воронки (рис. 2.5).
жесткости
H = W = 10 мм
45 50
Рис. 2.4. Общий вид и параметры конструкции модельного
образца
Рис. 2.5. Вид поверхности образца для измерения объема
воронки взрыва
29
Во второй серии экспериментов изучается влияние из-
W
.
Q
qV=
менения массы заряда (при постоянной глубине заложения)
на проявление действия взрыва в среде. Для этого взрывают
два оставшихся модельных образца с глубиной расположения разрядника 10 мм с энергией 100 и 200 Дж. Измеряют
радиус воронки и определяют ее объем.
По результатам измерений рассчитывают показатель
действия взрыва по формуле
r
в
=
n
и удельный фактический расход энергии по формуле
Результаты замеров образовавшихся воронок и выполненных расчетов заносят в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметры действия взрыва в зависимости от глубины
заложения ВВ и энергии заряда
Энер-
U, В
гия Q,
500 150 4
500 150 6
500 150 10
500 150 17
400 100 10
600 200 10
Дж
ЛНС,
W, мм
Радиус
воронки
r, мм
Объем
воронки
3
, cм
V
в
Показатель дей-
ствия взрыва n
Удельный расход
энергии q, Дж/cм
По результатам двух серий экспериментов строят график
зависимости объема разрушения от показателя действия взрыва и удельной энергии.
30
3
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]