Определение параметров ударных волн взрывчатых веществ

Одним из основных параметров ударных волн, характеризующих BB, является детонационное давление, которое определяет величину импульса и бризантное действие ВВ. Детонационные давления трех типов промышленных BB были измерены методом «аквариума», сущность которого состоит в следующем. К торцу заряда исследуемого BB прижимают пластину из прозрачного инертного материала. С другого конца заряд инициируют детонационной волной с плоским фронтом. Когда детонация дойдет до границы раздела BB — пластина, по пластине пойдет ударная волна, а по продуктам взрыва — отраженная волна. На границе раздела продукты детонации — инертная среда выполняются условия равенства давления и массовых скоростей:

где Рп.д и Pин — давление отраженной волны в продуктах детонации и ударной волны в инертной среде, кгс/см2; uп.д и uпп — массовая скорость отраженной воланы в продуктах взрыва и ударной волны в инертной среде.

Законы сохранения импульса для детонационной волны, отраженной волны в продуктах взрыва и ударной волны в инертной среде записываются в виде

где P — давление, кгс/см2; D — скорость детонации, м/с; u — массовая скорость продуктов детонации, м/с; P2, D2 — давление и скорость отраженной волны, кгс/см2, м/с; Dпп — скорость ударной волны в инертной среде, м/с; рвв, Рп.д, Рпп — плотность соответственно BB, продуктов детонации и инертной среды, г/см3.

Преобразовав выражения (15) и (16), получаем связь параметров детонации и ударной волны в инертной среде:

Использовав акустическое приближение, которое означает равенство динамических жесткостей падающей и отраженной волн, т. е. рввD = рп.дD2, уравнение * (17) можно упростить так:

Таким образом, для определения давления и массовой скорости в детонационной волне нужно измерить величины D, Dин и uин. В методе «аквариум» всегда используется инертная среда с известной ударной адиабатой (Aин = f (uин), следовательно, достаточно измерить две величины D и Dин, a uин вычислить по уравнению ударной адиабаты.

В наших экспериментах в качестве инертной среды был использован плексиглас, прохождение ударной волны по которому регистрировали оптическим способом (рис. 25). Сборка состояла из взрывной линзы 2, формирующей плоский фронт детонации, заряда 3 -исследуемого BB, плексигласового блока 4 и зеркала 5.

Взрывные линзы позволили превращать детонацию берущую начало в точке 1, в существенно плоскую детонационную волну до ширины используемых зарядов При детонации взрывной линзы и заряда BB свечение продуктов взрыва отражается от зеркала и просвечивает плексигласовый блок. Ударная волна, вошедшая в плексиглас, резко изменяет его прозрачность, поэтому на фотопленке на фоне подсветки фиксируется четкий след ударной волны. Ударная адиабата плексигласа имеет вид

При малых давлениях (Р<10в5 кгс/см2) это уравнение можно записать в упрощенном виде

Следовательно, при определении давления детонации необходимо знать скорости детонации и ударной волны в плексигласе для исследуемых ВВ. Эти параметры определяли оптическим методом при помощи установки, СФР-2м, работающей в режиме фоторегистра и позволяющей измерять скорости детонации и ударной волны с точностью до 1—2%. В качестве BB применяли, аммонит ПЖВ-20, аммонит скальный № 1 и тэн. Плотность зарядов изменяли от 1 до 1,45 г/см3. Регистро-граммы выполнены при плотности этих BB 1,15 г/см3 (рис. 26).

Зависимость скорости детонации аммонита ПЖВ-20 от плотности типична для аммиачно-селитренных ВВ. Несколько заниженные величины скорости детонации аммонита ПЖВ-20 и аммонита скального № 1 вызваны близостью к критическому режиму. Для тэна полученные зависимости скорости детонации находятся в соответствии со стандартными.

Качественный характер зависимостей скорости ударной волны от начальной плотности BB соответствует упомянутым выше данным для скорости детонации. По измеренным D и Dпл и рассчитанной по уравнению (20) uпл определено детонационное давление. Наблюдается зависимость детонационного давления от плотности ВВ. Полученные результаты приведены в табл. 14. Там же указаны значения массовых скоростей продуктов взрыва, найденных по уравнению (18).

При детонации удлиненного заряда можно выделить два типа импульсов: торцевой и боковой. Для определения роли импульсов в развитии выбросов экспериментально определены величины, установлен характер затухания и произведено их сравнение.

Боковой импульс действует в течение времени, зависящего от длины заряда, тогда как торцевой импульс, возникающий почти одновременно по всей площади торца, имеет, сравнительно малую продолжительность. Давление, развиваемое при боковом импульсе, значительно меньше давления, развиваемого торцевым импульсом. Это подтверждается исследованиями скоростей ударных воли в плексигласе. Во-первых, снимки ударных волн, проходящих через блоки плексигласа, показывают, что высокобризантные BB (аммонит скальный № 1, тэн) дают более высокую начальную скорость ударной волны (см. рис. 26). Во-вторых, все неподдерживаемые ударные волны затухают. На основании этих наблюдений делаем вывод, что между скоростью и давлением ударной волны имеется непосредственная связь, а непрозрачность является качественной мерой интенсивности ударных волн. Используя этот критерий, можно сравнить по относительному давлению ударные волны, вызываемые боковым или торцевым импульсом при детонации ВВ.

Начальные скорости ударных воли в плексигласе, возбужденные боковым импульсом, на 25—30% ниже скоростей, вызванных действием торцевого импульса (см. табл. 14). Величина давления бокового импульса в 1,5—2 раза меньше, чем торцевого. Это имеет определенное значение для выбора параметров буровзрывных работ в напряженных выбросоопасных породах. Снижение давления торцевого импульса позволяет уменьшить напряжения в волне разгрузки на вновь образованной поверхности забоя, а соответственно и откольные явления (развитие выброса).