книги из ГПНТБ / Покровский Г.И. Расчет зарядов при массовых взрывах на выброс

Проф.. докт. техн, наук Г. И. Покровский

Канд. техн, наук А. А. Черниговский

РАСЧЕТ ЗАРЯДОВ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ

НА ВЫБРОС

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ

Москва 1960

МАССОВЫЕ ВЗРЫВЫ НА ВЫБРОС

В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Практика взрывов на выброс с целью получения различного рода воронок и выемок имеет, как известно, многовековую ис­ торию. В этой области выработаны разнообразные правила и приемы расчета зарядов, многие из которых успешно приме­ няются и в современных условиях.

В последнее время появился ряд исследований (преимуще­ ственно советских ученых), в которых предложены способы тео­ ретического анализа действия взрыва в грунте. Одновременно расширилась и практика взрывного дела в СССР, в частности увеличились масштабы взрывов на выброс. В связи с этим сле­ дует особенно отметить успешные работы, проведенные трестом Союзвзрывпром. В качестве примера можно привести крупный

взрыв на выброс, произведенный 31 декабря 1956 г. в районе Ланьчжоу (КНР) с целью создания разрезной траншеи под от­ крытую разработку полиметаллических руд. При этом одновре­ менно взорвали группу компактно расположенных зарядов об­ щим весом 9 200 т. Работой руководил гл. инж. Союзвзрывпрома М. М. Докучаев.

ва двух групп зарядов. Последние были взорваны последова­ тельно, через небольшой промежуток времени, что дало возмож­ ность использовать закономерности направленного выброса грунта, разработанные и применявшиеся ранее в течение ряда

лет [1].

Третий пример —комбинированный взрыв на строительстве

течения реки и образованы выемка и две насыпи для железно­ дорожного полотна.

Приведенные примеры — это только начало в развитии тео­ рии и практики массовых взрывов. В ближайшем семилетии

предстоит разработка новых месторождений полезных ископа-

3

смых, а также строительство транспортных и гидротехнических сооружений. В этих условиях необходимо работать не только экономично, по и оперативно. Использование массовых взрывов на выброс несомненно облегчит выполнение поставленных се­

широкого фронта работ, насыщенного техникой и людьми, сде­

лать это весьма трудно. Немало трудовых и материальных за­ трат потребуется и на вывоз породы автомашинами или желез­ нодорожными составами.

Сравнивая эффективность взрывчатых веществ как источ­ ников энергии с работой экскаваторов, можно установить сле­ дующее.

При взрывах на выброс крупных зарядов в грунтах и скаль­

где tz^4% и Ь^— м~г — постоянные коэффициенты;

40

w — линия наименьшего сопротивления

(л. н. с.), м.

График, изображающий зависимость между коэффициентом

полезного действия (к. п. д. ) взрыва £ (в процентах) и л. н. с. w (в метрах), показан на рис. 1. Из графика видно, что к. п. д. существенно возрастает при увеличении глубины заложения за­ ряда. Это значит, что увеличение л. н. с. примерно до 100 м дол­ жно привести к значительному росту энергетической эффектив­ ности взрывных работ.

4

Современный опыт взрывных работ на выброс при л. и. с., редко превышающих 10—20 м, ни в какой степени не может быть основой для оценки эффективности взрывных работ весь­ ма крупного масштаба. Если провести сравнительную оценку

энергетического к. л. д. экскаваторов и учесть при этом буро­

вые работы и транспортирование породы автомашинами или по железной дороге, то окажется, что с увеличением глубины вы­ работки к.п.д. экскаваторов не увеличивается. К. п. д. рабочего органа экскаватора при рассматриваемых условиях в грубом приближении равен 10%. Учитывая, что энергия, питающая экс­ каватор, сама получается из топлива с к. п. д. порядка 25%, устанавливаем, что общий энергетический к. п. д. экскаватора равен 2 д-3%.

Топливо, дающее тепловую энергию, намного дешевле взрывчатых веществ, однако, поскольку к. п. д. экскаватора весьма низок, мы не ошибемся, если скажем, что массовые

взрывы на выброс с любой точки зрения могут оказаться вы­ годнее, чем экскавация.

Многое зависит от применяемого взрывчатого вещества. С увеличением размеров заряда и глубины его заложения вре­ мя расширения взрывных газов, а также время, в течение кото­ рого во взрывных газах наблюдается весьма высокая темпера­ тура, увеличивается. Это способствует более полному разло­ жению ВВ и наибольшему выделению энергии при взрыве. От­ сюда следует, что при увеличении масштабов взрыва можно применять менее качественные взрывчатые вещества, не способ­

ные полноценно детонировать в зарядах обычных размеров. В связи с этим при массовых взрывах становится возможным применение новых, весьма дешевых взрывчатых веществ, разра­ ботка которых не вызывает особых затруднений. Следует так­ же отметить, что взрывчатые вещества, пригодные для мас­ совых взрывов, .но плохо взрываемые на открытом воздухе и в малых количествах, безопасны при транспортировании и

хранении.

Однако широкое применение массовых взрывов — дело не легкое. Здесь требуется заранее надежно определять размеры

и положение зарядов. Это обусловлено тем, что в случае непол­

ного выброса грунта недоделки последующими взрывами испра­ вить практически невозможно. Еще тяжелее последствия в том случае, если заряд оказался чрезмерно мощным и произошло

разрушение (или завал) части породы, которая должна была остаться неразр ушенной.

Между тем геологические условия и рельеф местности в ме­ стах производства массовых взрывов, как правило, чрезвычай­

но сложны и многообразны. В этих условиях особое значение приобретает теория расчета зарядов при проектировании мас­

совых взрывов на выброс. Она должна обеспечить надежный переход от малых зарядов к большим.

5

В течение последних лет в СССР появился ряд исследова­ ний по этому вопросу. Однако рекомендации авторов исследо­ ваний в большинстве случаев не окончательные и требуют уточ­

нения.

Авторы данной брошюры предлагают вниманию читателей метод, который построен на учете имеющегося опыта взрывных работ, проведенных за последние два десятилетия в СССР и других странах социалистического лагеря. При этом необходи­ мо отметить, что в области массовых взрывов СССР и Китай­ ская Народная Республика значительно превзошли все капи­ талистические страны, в том числе и США.

РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВА НА ВЫБРОС ПРИ МАЛЫХ И БОЛЬШИХ Л. Н. С.

1. Особенности взрыва на выброс при больших л. н. с.

Взрывы на выброс при большой глубине заложения заряда имеют ряд особенностей, благодаря которым они количествен­ но отличаются от подобных же взрывов, имеющих относитель­ но малые значения л. и. с. Рассмотрим эти особенности.

1. Энергия, выделяющаяся при взрыве заряда в плотных средах, расходуется на создание ударной волны, на необрати­ мые потери дробления и пластической деформации среды, на

нагрев соприкасающегося с продуктами взрыва некоторого объе­ ма среды и другие виды потерь. Часть полной энергии взрыва

остается в продуктах взрыва в виде теплоты, впоследствии рас­ сеиваемой в атмосферу. Затраты энергии взрыва согласно за конам подобия пропорциональны весу взрываемого заряда q. Поскольку при взрыве на выброс для геометрически подобных воронок (показатель действия взрыва-сохраняется постоянным) q пропорционально глубине заложения заряда в третьей степени (да3), отмеченные выше затраты полной энергии взрыва также пропорциональны ц»3.

2. Некоторая доля полной энергии взрыва расходуется на преодоление силы тяжести грунта при выносе его из воронки продуктами взрыва. Кроме того, часть энергии затрачивается на преодоление сил трения, возникающих между скользящими друг относительно друга слоями грунта в начальной стадии выброса. Эти два вида потерь пропорциональны глубине зало­

жения заряда в четвертой степени — ау4. В самом деле, работа силы тяжести и сил трения при выбросе грунта из воронки про­

порциональна произведению веса выбрасываемого грунта на

путь, проходимый этим грунтом от заряда до края воронки. Так как этот путь можно считать пропорциональным глубине зало­ жения заряда w, а вес грунта — пропорциональным w3, то ра-

6

контур 1). В этот период происходит формование и отрыв волны сжатия от расширяющихся продуктов взрыва. В тот момент,

когда волна сжатия достигает свободной поверхности, проис­

ходит ее отражение. При этом грунт, расположенный над заря­ дом, приобретает определенную скорость, направленную верти­ кально. К этому моменту продукты взрыва отдают вытесняемо­ му грунту основную долю энергии. Однако значительная часть полной энергии взрыва остается еще в продуктах взрыва, ко­ торые в дальнейшем начинают расширяться в вертикальном

Рис. 2. Схема движения породы при взрыве на выброс

направлении (рис. 2, контуры 2 и -?).. Газовая полость приобре­ тает яйцевидную форму. Расширяющиеся таким образом про­

дукты взрыва сообщают выбрасываемому грунту дополнитель­

ную скорость.

Вследствие того, что продукты взрыва в этой фазе расши­ ряются не только вверх, но и в стороны, первоначальное вер­ тикальное перемещение выбрасываемого грунта изменяется и приближается к радиальному. Для таких грунтов, как песок и суглинок, радиальное направление движения при выбросе из

воронки подтверждается рядом экспериментов [3], [6].

Таким образом, процесс развития взрыва на выброс условно можно разбить на две фазы. В первой фазе за короткий проме­ жуток времени образуется сферическая котловая полость, про­ исходит формирование и отрыв ударной волны. При отражении волны сжатия от свободной поверхности начинается выброс грунта в вертикальном направлении. Кинетическая энергия вы­ брасываемого грунта определяется лишь той энергией, которая была аккумулирована в волне сжатия.

Поскольку в конце первой фазы в расширяющихся продук­ тах взрыва остается еще значительная доля энергии, то при дальнейшем их расширении (что и определяет вторую фазу)

выбрасываемому грунту сообщается дополнительная скорость.

8