Принципы и условия подобия моделирования действие взрыва в эквивалентных материалах

Имеющиеся сведения по моделированию действия взрыва очень ограниченны. Моделировалось действие взрыва в грунтах. По методу проф. Г.И. Покровского, заряд BB определенного веса воспроизводили на модели, электродетонатором № 8 (вес заряда 1,3 г), а подобие обеспечивалось соответствующей глубиной заложения детонатора из расчета переходного множителя величины зарядов, равного линейному масштабу в степени семь вторых.

Союзвзрывпромом при подготовке массового взрыва для вскрыши скальных пород на Алтын-Топканском карьере проводились опытные взрывы в натуре на таких же породах при линейном масштабе от 1:12 до 1:25. Вес заряда уменьшали пропорционально кубу линейного масштаба, что не обеспечивает подобия явления. Подобие нарушалось также непостоянством физико-механических свойств разрушаемой среды.

В отдельных организациях проводились опыты по изучению качественной стороны действия взрыва. Заряды взрывались в плексигласе, бетоне и других материалах, задача подобия явлении при этих опытах не ставилась.

Разработанный нами метод моделирования действия взрыва в эквивалентных материалах состоит в следующем.

Разрушаемый массив воспроизводится на модели эквивалентным материалом. Механические свойства его и величина зарядов определяются подобием расположения взорванной массы, кусковатости ее и других показателей процесса, если они имеют существенное значение в рассматриваемом частном случае.

При изучении только расположения разрушенной массы, например при расчете направленных взрывов, задача упрощается: эквивалентный материал может состоят из крепких частиц (дробленой руды), сцементированных менее прочным веществом. Крупность крепких частиц приближенно определяется линейным масштабом моделирования, исходя из средневзвешенного размера кусков обрушенной руды в натуре. При взрыве все спайки между рудными частицами должны разрушаться.

Контактирующие с массивом обрушенные породы и стенки блока также должны воспроизводиться на модели эквивалентными материалами.

Установленный Г.И. Покровским масштаб моделирования величины зарядов BB использован нами при теоретической разработке условий подобия. Использована также гипотеза Г.И. Покровского о механизме разрушения скальных пород взрывом. Остальные вопросы теории и все вопросы техники моделирования действия взрыва были решены заново.

Условия подобия моделирования действия взрыва в эквивалентных материалах следующие.

1. Руда

Масштаб предела прочности С, на растяжение и масштаб модуля упругости Се равны

где Cy — масштаб объемного веса, обусловленный объемным весом принятого эквивалентного материала;

CL — принятый линейный масштаб.

Для немонолитного материала, состоящего из крепких частиц, сцементированных менее прочным веществом,

Масштаб коэффициента внутреннего трения Cф (для руды в обрушенном состоянии)

Масштаб коэффициента разрыхления при обрушении

2. Взрывание

Масштаб веса заряда

где Ск — масштаб коэффициента влияния работоспособности BB (при данных размерах заряда), конструкции заряда, прочности среды и ее объемного веса.

Масштаб диаметра заряда

где Су' — масштаб объемного веса ВВ.

Масштаб веса заряда в 1 м скважины

Масштаб времени (замедления при взрывании зарядов)

3. Налегающие (и контактирующие с забоем) обрушенные породы

Масштаб объемного веса равен Су.

Масштаб коэффициента пористости .

Масштаб модуля упругости (в массиве)

Если в качестве эквивалентного материала используется скальная порода, массив коэффициента крепости равен

При изучении отбойки руды в зажиме должен бить соблюден масштаб прочности на сжатие и на срез для горной породы в нераздробленном виде

В этом случае в качестве эквивалентного материала нельзя использовать скальную породу.

Масштаб коэффициента внутреннего трения

4. Стенки блока

Масштаб углов трения руды и обрушенных пород о стенки блока

Масштаб модуля упругости материала стенок блока

5. Количество руды и обрушенных пород

Масштаб сил и, следовательно, масштаб количеств руды и обрушенных пород в весовых единицах равен

Эти условия в значительной степени приближенные и по мере возможности должны уточняться экспериментально путем моделирования взрывов, результаты которых известны.

Типы ВВ. С точки зрения техники опытов удобнее использовать твердые и. в частности, порошкообразные ВВ. Однако большое значение имеет их критический диаметр.

Критическим диаметром для данного BB, согласно определению Ю.Б. Харитона, считается минимальный диаметр цилиндрического заряда, при котором еще имеет место устойчивая детонация с постоянной скоростью. Устойчивая детонация возможна, если химическая реакция успевает пройти достаточно глубоко до того, как осуществится расширение продуктов взрыва.

По данным Института химической физики АН России критический диаметр порошкообразных BB значительно уменьшается с уменьшением зерен, что объясняют следующим образом. Химическая реакция окисления BB протекает в форме горения. Зерна BB воспламеняются с поверхности. Чем меньше зерно и, следовательно, больше суммарная поверхность зерен, тем быстрее сгорает вещество. Критический диаметр заряда при тонком измельчении BB составляет для аммиачно-селитренных BB 8—12 мм, тротила 9 мм, пикриновой кислоты 9 мм, тетрила 4 мм, гексогена 2,4 мм, тена 1,5 мм.

Следовательно, из твердых BB наиболее подходят для работы на моделях малого масштаба гексоген и тен.

Для жидкого BB критический диаметр измеряется долями миллиметра.

Можно рекомендовать при диаметре зарядов модели более 4 мм использовать гексоген (опыты по взрыванию микрозарядов гексогена проведены В.С. Ивановым в ИГД им. Скочинского) при диаметре 1,5—4 мм — тен, а при диаметре до 1,5 мм — жидкое ВВ. Следует заметить, что BB при диаметре зарядов 1—2 мм мало пригодны для работы; так как жидкое BB неудобно в обращении при сравнительно больших количествах, определяемых данной величиной диаметра заряда, а порошкообразные BB мало надежны при диаметре, близком к критическому.

Приближенные величины диаметров зарядов модели при различных линейных масштабах моделирования и различных диаметрах зарядов в натуре приведены в табл. 18.

При расчете этих величии и диаметре зарядов до 1,5 мм принималось жидкое BB (тетранитрометран в смеси с соляровым маслом в соотношении 3:1 по объему) объемным весом 1,46 г/см3, при диаметре более 1,5 мм — порошкообразное BB объемным весом 1,5 г/см3. Коэффициент Cк принимался ориентировочно: при жидком BB и диаметре заряда 0,2 мм, равном 0,6, диаметре 1—1,5 мм — 1,0; при порошкообразном BB и диаметрах заряда 1,5 и 2,5 мм соответственно 0,7 и. 1,0.

Разработка метода моделирования, действия взрыва в эквивалентных материалах значительно расширит возможности изучения отбойки, принудительного обрушения горных пород и горного давления. Помимо изучения размещения взорванной руды при массовом обрушении целиков моделирование действия взрыва может помочь решению таких вопросов, как расчет направленных взрывов, выбор параметров отбойки, определение эффективности работы зарядов при малом компенсационном пространстве и при зажиме забоя обрушенном горной породой, управление горным давлением в пологих залежах путем принудительного обрушения налегающих пород, влияние взрывных работ на состояние горных выработок.