БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Скорость взрыва

По скорости и характеру распространения различают два рода взрывчатого разложения — детонацию и взрывное горение.

Детонация — явление взрыва, обусловленное прохождением по ВВ ударной волны и протекающее для данного взрывчатого ве­щества с постоянной и максимальной для данных условий сверхзву­ковой скоростью (порядка нескольких тысяч метров в секунду).

Взрывное горение — распространение взрывчатого разло­жения по ВВ без прохождения ударной волны, протекающее с не­значительной скоростью, измеряемой сотнями метров в секунду и находящейся в зависимости от внешних условий, в частности от давления.

В зависимости от скорости взрыва изменяется мощность ВВ, ха­рактер действия газов взрыва и степень использования энергии взрыва.

Для иллюстрации влияния скорости взрыва на мощность ВВ сравним взрыв заряда дымного пороха массой 1 /сг и длиной 1 м и такого же заряда аммонита ПЖВ-20. Удельная потенциальная энергия (теплота взрыва 1 кг ВВ) пороха составляет 665 ккал (2,79 Мдж) и аммонита 798 ккал (3,35 Мдж). Таким образом, по ве­личине потенциальной энергии, или работоспособности, эти ВВ раз­личаются мало, однако скорости взрыва пороха и аммонита весьма различны: для пороха она равна в среднем 200 м/сек, для аммонита 3300 м/сек.

Мощность взрыва 1 кг: пороха

,, 2790 - 200 сеоппг,

N =-------- j----- = 558 000 квт\

Аммонита

Na = 3350 j 3300 = И 055000 кет.

В зависимости от скорости взрыва и мощности ВВ изменяется и характер действия взрыва на окружающую среду. Если заряд ВВ в шпуре взрывается со скоростью 100—200 м/сек, то давление газов взрыва нарастает сравнительно медленно. Когда это давление пре­высит прочность породы, то в наиболее слабых местах образуются трещины. Газы взрыва, проникая в трещины, раскалывают породу на отдельные крупные куски, отрывают и отбрасывают их от мас­сива. ....

При взрыве ВВ с малой скоростью наиболее отчетливо прояв­ляется раскалывание и отчасти разбрасывание породы, т. е. мета­тельный характер действия газов. Поэтому такие ВВ называют метательными.

Если заряд ВВ в шпуре взрывается со скоростью нескольких тысяч метров в секунду, то давление газов нарастает быстро и будет при этом столь велико, что значительно превысит прочность породы даже в наиболее крепких ее местах. Поэтому порода будет разбита трещинами на большое количество кусков более мелких, чем в пер­вом случае. Вследствие большой скорости взрыва и очень высокого давления газов взрыва их действие на стенки шпура носит характер короткого сильного удара, дробящего породу. Взрывчатые вещества, способные взрываться со скоростью,, измеряемой тысячами метров в секунду, называют дробящими, ,или бризантными ВВ.

Заряд дробящего ВВ, помещенный открыто на глыбу породы, при взрыве может раздробить ее. Заряд метательного ВВ, даже в несколько Десятков раз больший, не в состоянии в этих условиях раздробить глыбу, так как взрыв происходит сравнительно медлен­но и газы расходятся в воздухе, не создавая сильного, интенсивного удара.

Типичным представителем метательных ВВ является дымный по­рох, состоящий из смеси калийной селитры, серы и древесного угля.

К дробящим ВВ относятся нитроглицериновые ВВ, тротил, мощ­ные аммиачно-селитренные ВВ и др. В зависимости от условий взрывания дробящего ВВ иногда может произойти взрывное горе­ние (при пониженном качестве ВВ, при слабом детонаторе). В этом случае оно дает метательный эффект и использование его энергии будет меньшее.

При взрывных работах применяют главным образом дробящие ВВ, разложение которых происходит с высокими скоростями в фор­ме детонации.

Способы измерения скорости взрыва. Для измерения скорости взрыва применяются специальные приборы — измерители времени, к ним относятся: фоторегистры, катодные и магнитные осциллогра­фы [5] и др. Эти приборы позволяют фиксировать короткие отрезки времени, в течение которых длится взрыв заряда или в течение ко­торых взрыв проходит по заряду испытуемого ВВ заранее отмечен­ные расстояния. Принцип действия приборов разнообразен.

Фоторегистр относится к группе оптических регистраторов времени. Он позволяет фиксировать отрезки времени, равные деся - тймиллионной доле секунды и менее.

Принцип действия прибора основан на фоторегистрации пламени детонации, которое падает на быстровращающееся плоское зеркало и, отражаясь от него, засвечивает полоску на неподвижной фото­пленке, натянутой по дуге окружности (рис. 2).

Схема действия фоторегистра показана на рис. 3 (вид сверху). При детонации вертикально подвешенного заряда 1 свет от пламени детонационной волны проходит через узкую щель экрана 3 и объ­ектив, состоящий из двух линз 2 и 4. Пройдя через линзы, пучок лучей падает на плоское быстровращающееся зеркало 5, которое отражает его и фокусирует в точке 6 на фотопленке. Линейная ско­рость луча, движущегося по пленке, или линейная скорость раз­вертки

Vnn = 2. 2mR, (16)

Где п — скорость вращения зеркала, об/сек;

R — расстояние от зеркала до пленки, м.

Множитель 2 вводится в формулу (16) потому, что угловая ско­рость луча вдвое больше, чем угловая скорость зеркала, так как угол падения суммируется с углом отражения.

По мере перемещения фронта детонации по заряду, луч пере - ещается по пленке в вертикальном направлении. В результате движения луча по пленке в двух направлениях на ней получится наклонная засвеченная полоска (см. рис. 2).

Скорость детонации D при измерении фоторегистром вычисляет­ся по формулам:

TOC \o "1-3" \h \z D = vnn - г = Рпл ^ = 4шЯ - Т5; (17)

'г 'г г

D = 4vnR, (18)

где 4 — длина заряда, м;

/г и /3 — длина горизонтальной и вертикальной проекций засве­ченной полосы, м;

K = у-— степень уменьшения фотоизображения;

Гв

Tp— угол наклона засвеченной полосы к вертикальной линии.

Для получения изображения пламени детонации, при вращаю­щемся плоском зеркале, необходимо взрывать заряд при определен­ном положении зеркала. Для этой цели фоторегистр снабжен спе­циальным синхронизирующим устройством.

Фоторегистр применяется для измерения скорости детонации ВВ, обладающих большой скоростью детонации, и для целей изучения явления детонации. Точность измерения фоторегистром значитель­на, ошибка однократного измерения не превышает 1 % при длине заряда 2—3 см.

Скоростные фоторегистры СФР-2 и СФР-ЗЛ позволяют получать серию отдельных снимков (кадров) с частотой 2-106 и 25- 10б кад­ров в секунду.

Полевой способ определения скорости дето­нации. Этот способ, предложенный Дотришем, а позже модернизи­рованный М. Я. Сухаревским и Ф. А. Першаковым, не тре­бует лабораторного оборудова­ния. Он применяется в полевых условиях на предприятиях, производящих взрывные рабо­ты, при необходимости провер­ки скорости детонации ВВ.

Способ Дотриша—Сухарев­ского заключается в следую­щем (рис. 4). В патрон 1 испы­туемого В В вставляют сбоку концы отрезка детонирующего шнура 2, изогнутого в виде пет­ли и закрепленного над фанер­ной пластинкой 3■ на расстоянии 2—3 см от ее поверхности. На пластинке проводят карандашом черту через точку О в таком месте, чтобы расстояние АО было равно сумме расстояний АБ (по патрону) и БО.

Патрон испытуемого ВВ взрывают электродетонатором 4, встав­ленным в торец патрона. Детонационная волна, идущая по патрону, подходит последовательно к концам А и Б детонирующего шнура,
возбуждая в них детонацию. Детонационные волны, идущие по шнуру навстречу друг другу, встретятся в точке О, если скорость детонации патрона ВВ равна скорости детонации шнура (так как АО = АБ + БО). Если же скорость детонации ВВ меньше (что бы­вает чаще всего), то встреча детонационных волн произойдет в точ­ке В. Место встречи детонационных волн отчетливо видно, так как при детонации шнура на пластинке остаются изогнутые линии ца­рапин и бороздок, а в месте встречи Детонационных волн на пла­стинке образуется более глубокая прямолинейная борозда. После взрыва измеряют расстояние ОВ.

Время прохождения детонационной волны от точки А до точки встречи В будет равно •

__ а, Ъ — k

V х v '

Где с — расстояние АО, м; k — расстояние ОВ, м; v — скорость детонации шнура, м/сек; а — расстояние АБ, м; х — скорость детонации патрона, м/сек; Ь — расстояние БО, м.

Отсюда

А _ с — b + 2k _ а + 2k х v v '

Откуда

= <19>

Если встреча произойдет слева от черты, то значение k берут со знаком минус.

Для испытаний берется патрон длиной 300 мм и. шнур длиной 1800 мм. Концы шнура вводят в патрон на расстоянии 80 мм от одного торца (торца, в который вставляется электродетонатор), и 20 мм от другого, чтобы расстояние между точками ввода шнура в патрон было равно 200 мм.

Точность измерения скорости детонации полевым способом за­висит главным образом от качества детонирующего шнура. При использовании тарированного шнура ошибки в измерениях бывают не более 5%, что допустимо для производственных испытаний.