Особенности расчета энергии квазистатической фазы взрыва Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-------------------------------- © Н.Н. Казаков, А.В. Шляпин,

2007

Н.Н. Казаков, А.В. Шляпин

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭНЕРГИИ КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ ФАЗЫ ВЗРЫВА

ГПри взрыве заряда ВВ в породе на некотором удале-

II н ии от обнаженной поверхности кроме волновой фазы процесса развивается и квазистатическая (поршневая) фаза. Квазистатическая фаза взрыва оказывает существенное влияние на объем зоны разрушения и на кусковатость дробленной породы.

Предпринимались многочисленные попытки аналитического описания квазистатической фазы взрыва, но общепризнанные результаты не получены. Ниже излагается один из возможных вариантов аналитического и численного описания квазистатической фазы взрыва, разрабатываемый в ИПКОН РАН.

Предложена физическая модель процесса квазистатической фазы взрыва, сущность которой заключается в следующем. Энергия, переданная в породу квазистатической фазой, равна разности энергии в полости к концу камуфлетной фазы взрыва и энергии в полости к началу прорыва продуктов дето-

нации в атмосферу. Энергия, перданная квазистатической фазой взрыва, распределяется между условно выбранными секторами в зоне разрушения, прямо пропорционально величинам смещения границы полости в этих направлениях, а по длине сектора плотность энергии распределяется обратно пропорционально росту объема породы внутри сектора.

Предложена геометрическая модель полости квазистати-ческой фазы к моменту начала прорыва продуктов детонации в атмосферу в виде четырехугольной призмы, к которой со стороны оснований примыкают фрагменты цилиндров. Поперечное сечение этой модели в схематическом виде представлено на рис. 1 (AMBCND). Трапеция ABCD является сечением четырехугольной призмы. Сегмент AMB - сечение части большого цилиндра. Сегмент CND - сечение части малого цилиндра. На рис. 1 W - линия наименьшего сопротивления, В -полуширина воронки дробления. Центр маленькой окружности является сечением цилиндрического заряда.

Рис. 1 Схема поперечного сечения полости квазистатической фазы взрыва

Радиус большого цилиндра принят равным его полуширине воронки разрушения. Радиус малого цилиндра равен радиусу зоны переизмельчения камуфлетной фазы взрыва. Сечение боковых стенок полости представлено отрезками Дй и ВС, проведенными из крайних точек воронки дробления в виде касательных к окружности полости переизмельчения камуфлетной фазы.

Длина секторов определяется размерами зоны существенного влияния, представляющей собой четырехугольник со сторонами В и W (рис. 2).

Зона существенного влияния взрыва на массив породы условно разделяется лучами и дугами на множество элемен-

тарных объемов. Один из элементарных объемов на рисунке представлен серым цветом. В точки О расположен заряд ВВ.

Рис. 2 Схема разделения зоны влияния на сектора

Сумма смещений границы полости в ходе развития процесса по всем направлениям определяется по формуле

ХЛ =Ш, ~гк)

где Щ - расстояние от центра взрыва до границы полости по

каждому направлению; гк - радиус камуфлетной полости;

Ь • - смещение границы по выбранным направлениям.

Энергия на единицу длины смещения определяется по формуле

Э

Юь = Ть1 '

где Э - энергия, переданная в породу квазистатической фазой взрыва.

Энергия, переданная в сектор, рассчитывается по формуле

Эск =ЛЭ£ 'V

Длина сектора по каждому выбранному направлению определяется по геометрическим параметрам зоны существенного влияния.

Энергия, приходящаяся на условно выделенную часть длины сектора, рассчитывается по формуле

Э -АЛ

АЭ =^К---------,

к К -г

ск из

где ЛЯ - условно выделенная часть длины сектора; Яск- длина выбранного сектора; гиз - радиус зоны измельчения.

Объем условно выделенной части сектора определяется по формуле

Аг_ л■ Аа• -(Я-АЯ2))

~ 360 ’

где Я - расстояние от центра взрыва до условно выделенного объема; А а - угол раствора сектора; /7 - толщина выделенного слоя породы.

Плотность энергии в условно выделенном объеме вычисляется по формуле ЛЭ к ■

э А V

Предложенная физическая модель процесса квазистати-ческой фазы взрыва и геометрическая модель полости к моменту начала прорыва продуктов детонации в атмосферу, разработанный на их основе аналитический метод позволяют с использованием компьютерной программы рассчитать распределение квазистатической фазы в зоне действия взрыва.

------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Викторов С.Д., Казаков Н.Н., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессов разрушения горных пород взрывом. // Горн. журн. -1995. - №7.- С.46-47.

2. Казаков Н.Н. Вторая стадия безволнового расширения полости скважинного заряда // Взрывное дело. Москва, МГУ, 2002.

3. Шляпин А.В. Модель передачи энергии взрыва. // V международная научно-практическая конференция «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых». Материал доклада. 2006. - С. 96-97.

|— Коротко об авторах-------------------------

Казаков Н.Н., Шляпин А.В. - ИПКОН РАН, г. Москва.

© В.А. Белин, А.В. Дугарцыренов, А. Цэдэнбат, 2007

В.А. Белин, А.В. Дугарцыренов, А. Цэдэнбат

ВЗРЫВАНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД С ВЕЧНОМЕРЗЛЫМИ ЛИНЗООБРАЗНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ

Взрывание массивов с мерзлыми включениями имеет р яд особенностей, связанных с изменением прочностных свойств включений в зависимости от окружающей температуры, а также с поведением влажного немерзлого массива при действии динамических нагрузок. При разной степени заполнения пор горных пород водой (различной влажности) они ведут себя как упругие, упругопластичные или пластичные сплошные среды. Полностью водонасыщенные мерзлые породы по своим прочностным показателям приближаются к скальным породам [1]. Такие породы при динамических воздействиях представляют собой упругую среду, поскольку поровый раствор не имеет возможности перетекания внутри породы в силу кратковременности импульса давления. Порода с меньшей влажностью, содержащая газовую фазу, на начальной стадии взрыва уплотняется и далее испытывает упругие деформации. При уплотнении породы естественно изменяются ее физикотехнические свойства, такие как плотность, модуль упругости, коэффициент пористости и др. Все это вызывает значительные трудности при теоретическом анализе взрывного разрушения массива.

Рассмотрим схематически массив с линзообразными мерзлыми включениями, случайно распределенными в пространстве массива и находящимися в окрестности вертикальной скважины 1, содержащей заряд ВВ (рис. 1). Вблизи