Управление параметрами импульса давления от взрыва

01.12.2020

Скорость распространения возмущений в среде при повышенном напряжении возрастает, следовательно возрастает и скорость нарушения сплошности, что сказывается на общих показателях действия взрыва.

При медленном приложении нагрузки и малой скорости деформации разрыв сплошности наступает только в одном месте, например там, где имеется трещина. Если же высокое напряжение прикладывается достаточно быстро, обеспечивая высокую скорость деформации, то разрушение начинается во многих слабых местах.

Согласно объединенной теории прочности Давиденкова и Фридмана, если скорость деформации достаточно велика, то нарушение сплошности среды наступает без предварительной пластической деформации, что резко снижает общую энергоемкость процесса разрушения. Трещинообразование и нарушение сплошности в средах, характеризующихся хрупким разрушением, происходят в результате действия энергии волны напряжения, которая является функцией потенциальной энергии ВВ.

Установлено, что напряжение дает довольно высокую корреляционную связь с основными параметрами процесса разрушения и перемещения среды. Следовательно, напряжение во фронте волны является одним из основных факторов процесса, разрушения, который следует учитывать при выборе методов управления энергией и импульсом волны напряжения.

Управление параметрами импульса давления в зарядной полости позволяет существенно изменять поле напряжений в породе, а следовательно, и процесс ее разрушения.

Взрывной импульс детонации заряда BB характеризуется. в основном напряжением на фронте детонационной волны и продолжительностью его воздействия на массив:
Управление параметрами импульса давления от взрыва

Изменение параметров взрывного импульса достигается применением BB с различной удельной энергией. Его величина может быть выражена через массу МВВ и энергию ЕBB BB

где q — удельная потенциальная энергия BB, ккал/кг. Преобразуем выражение (26) к виду

Из выражений (27) и (28) следует, что при одинаковой массе заряда в зарядной камере больший импульс передается массиву от взрыва заряда BB с большей удельной энергией.

Если взять два типа BB, создающих различное максимальное давление, то можно получить одинаковые по величине импульсы с различными параметрами

где k1 и k2 — коэффициенты, учитывающие изменение давления в процессе истечения продуктов детонации; P1maxи Р2 max — максимальное давление в зарядной полости от взрыва BB, кгс/см2; i1 и i2 — время действия продуктов детонации на стену зарядной камеры, с.

В первом приближении полагаем, что k1=k2. Тогда при равенстве I1 и I2 получим

Из этого соотношения видно, что время действия продуктов детонации на массив обратно пропорционально максимальному давлению в зарядной полости.

Влияние взрывных импульсов различных форм на напряжения, возникающие в среде при взрыве, исследовано на песчано-цементных блоках. Параметры импульса напряжений в среде изменяли двумя методами: применением различных BB и созданием вокруг заряда BB инертных оболочек из различных материалов.

Напряжения, возникающие в среде при взрыве, измерялись пьезоэлектрическими датчиками из титаната бария, установленными на определенных расстояниях от осп заряда BB на уровне его центра. Для исключения воздействия торцевых напряжений датчики помещали в резиновые обоймы и покрывали изолирующим материалом.

При возникновении в заряде поля напряжений на датчик действует сила

где о — нормальное напряжение, кгс/см2; S — площадь рабочей поверхности датчика, см2.

На поверхности датчика возникает электрический заряд

где d — пьезоэлектрическим модуль, дин.

В результате создается потенциал

где С — емкость измерительной системы, пФ.

По отклонению луча на экране осциллографа можно определить напряжение в данной точке в фиксированный момент времени

где а — чувствительность электронно-лучевой трубки осциллографа, мм/мВ; h — отклонение луча, мм.

При исследовании взрывов BB для моделей, разрушаемых взрывом заряда тэна, удельный расход ВВ составлял 60 мг/кг, для других BB его рассчитывали, исходя из эквивалентности их энергий энергии заряда тэна (табл. 19).

После расшифровки полученных при экспериментальных взрывах осциллограмм были построены графики изменения напряжения во времени на различных относительных расстояниях и изменения величины максимальных напряжений с ростом относительного расстояния для этих ВВ.

В зависимостях величины нормальных напряжений от времени при взрывании BB в блоке из канифоли кривая 1 соответствует взрыванию тэна, кривая 2 — тетрила, кривая 3 — сенсибилизированного аммонита № 6ЖВ (рис. 31 и 32). Максимальные напряжения при взрыве заряда тэна значительно выше, чем при взрывах зарядов тетрила и аммонита № 6ЖВ. Длительность импульса напряжений для этих BB на расстоянии r=5 отличается не более чем на 10%. По мере удаления от центра заряда длительность импульса напряжения, вызванного взрывом заряда тэна, уменьшается значительно быстрее, чем при взрывах менее бризантных BB (тетрила и аммонита № 6ЖВ), и на расстоянии r=12 примерно в 1,4 раза меньше, чем при применении тетрила и аммонита. Таким образом, применение низкобризантных BB приводит к тому, что разрушаемый блок дольше поддерживается в напряженном состоянии, причем нормальная составляющая импульса напряжения в измеряемых пределах в несколько раз превосходит предел прочности канифоли на одноосное сжатие.

Величина максимальных напряжений, возникающих в среде при взрывании тэна, быстро убывает с расстоянием. При увеличении относительного расстояния от 5 до 20 напряжения в блоке при разрушении его тэном уменьшаются в 15,6 раза, тетрилом — в 9,3 раза, аммонитом № 6ЖВ — в 12,7 раза.

Влияние оболочек заряда BB на величину напряжении исследовали на песчано-цементных блоках размером 200х200х200 мм. В качестве оболочек использовали песок, пенопласт, резину, а также воздушный промежуток. В контрольных блоках заряды взрывали без оболочек. Диаметр заряда составлял 8 мм, диаметр оболочки 45 мм. Ближний находился на расстоянии 30 мм от центра шпура. В контрольных блоках датчики размещались на таких же расстояниях. Результаты изменении средних величин напряжении в блоках при взрывании заряда тэна 1,2 г в зависимости от наличия оболочек приведены в табл. 20, из которой следует, что различные оболочки и воздушные промежутки способствуют снижению максимальных напряжений. По сравнению с контрольным блоком при наличии вокруг заряда воздушной полости диаметром 45 мм или оболочки из пенопласта на таком же расстоянии напряжения уменьшаются в 2 раза. Прокладка из резины уменьшает напряжения на 25%, а из песка — на 40%.

Таким образом, путем изменения типа BB и оболочки вокруг заряда можно регулировать напряжения в среде при взрыве.

Разработке активных методов управления параметрами импульса напряжения посвящено ряд работ.

В ИГД им. А.А. Скочииского под руководством академика Н.В. Мельникова разработан метод управления взрывом, позволяющий путем изменения механизма воздействия взрыва на твердую среду и перераспределения его энергии повысить полезную работу взрыва. Созданием в скважинном заряде воздушных пpoмежутков значительно снижается ударный пик взрыва и тем самым уменьшается переизмельчение породы вокруг заряда, увеличивается время воздействия: взрыва на среду и образуется интерференция взрывных волн. В результате достигается более равномерная передача энергии взрыва окружающей среде.

Параметры поля напряжении можно регулировать изменением направления детонационной волны в заряде. Установлено, что в направлении распространения детонации движется меньшая масса, но несущая в три раза большую энергию, чем в направлении, обратном детонации. Изменение параметров поля напряжений может быть достигнуто применением промежуточной среды между зарядом и стенкой зарядной камеры, изменением конструкций заряда и интервалов их инициирования.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна