6.3. Наружное действие взрыва заряда в горной породе

При некотором соотношении заряда и глубины его заложения зона отколов может сомкнуться с зоной разрушения или настолько приблизиться к ней, что давлением газов взрыва промежуточный слой породы будет раздроблен и порода полностью разрушится от поверхности до полости котла. Такое явление, как и явление откола, относится к наружному или открытому действию взрыва. Процессы разрушения горной породы в этом случае протекают следующим образом. В момент взрыва удар газов образует котел (зону вытеснения). Радиус котла при прочих равных условиях в первый момент будет такой же, как и при взрыве камуфлетного заряда (позже, при общей подвижке породы, он деформируется в сторону открытой поверхности). Это объясняется тем, что котел возникает под воздействием первого импульса ударной волны. Повторные (отраженные) импульсы, как показывают замеры в шпурах, в 2...4 раза слабее и не могут его увеличить, так как стенки уже уплотнены вследствие расширения объема зарядной камеры.

П ервый импульс возбуждает мощную ударную волну, которая, проходя по породе, вызывает смещение среды и образование трещин. По мере возникновения в трещины проникают газообразные продукты взрыва, находящиеся под большим давлением, с той же скоростью, с которой эти трещины образуются (200…1500 м/с). Газы взрыва, оказывая давление на стенки котла и поверхность трещин, держат породу в напряженном состоянии, расширяют и удлиняют трещины в направлении открытой поверхности. Толща пород, ослабленная отколами и трещинами, идущими с поверхности, вызванными отраженной волной напряжений, разрушается. Таким образом, наружное действие взрыва заряда проявляется тогда, когда глубина заложения его от поверхности сравнительно небольшая, и заряд при взрыве способен не только образовать некоторый конус разрушенной породы, но и выбросить ее за пределы этого конуса, т.е. получить воронку взрыва (рис. 6.2). Радиус основания воронки r называют радиусом воронки взрыва. Кратчайшее расстояние от центра заряда до открытой поверхности называют линией наименьшего сопротивления (ЛНС), или глубиной заложения заряда, и обозначают буквой W. Отношение радиуса воронки взрыва к линии наименьшего сопротивления называют показателем действия взрыва, или показателем раствора воронки n.

n = r / W . (6.4)

Если одинаковые заряды заложить на различной глубине в одной и той же породе, то образуются воронки с разными показателями действия взрыва: с n=1 называется воронкой нормального выброса (рис. 6.3, а), а заряд, образующий такую воронку – зарядом нормального выброса; с n>1 называется воронкой усиленного выброса (рис. 6.3, б), а заряд – зарядом усиленного выброса; с 0,7<n<1 называется воронкой уменьшенного выброса (рис. 6.3, в), а заряд – зарядом уменьшенного выброса. Если заряд заложить на еще большую глубину, то при взрыве получится воронка рыхления (рис. 6.3, г, д) с показателем действия взрыва 0,4<n<0,7, а заряд называется зарядом рыхления.

В мягких породах воронка близка к форме параболоида или усеченного конуса. Объясняется это большими зоной сжатия и уширением воронки внизу.

В крепких породах объем зоны сжатия и ширина воронки внизу невелики, а воронка близка по форме к правильному конусу. Объем такой воронки равен

V = πr²W / 3. (6.5)

Заменив r его значением из формулы (6.4) и приняв /31, получим

. (6.6)

Если воронка нормального выброса, то V_н=W³_н .

Видимая глубина воронки h при взрыве малобризантных ВВ (8…10 мм) в некоторых скальных породах может быть определена по эмпирической формуле

(6.7)

Для крепких скальных пород коэффициент перед W рекомендуется принимать 0,28, а при мягких грунтах – 0,4, значение n при расчете зарядов выброса – не более 2,5.