Действие взрыва заряда ВВ в воздухе

При взрыве заряда ВВ его масса превращается в раскалённые газы, находящиеся под огромным давлением. Это давление передаётся в окружающую среду в форме ударной волны, возникающей на границе раздела заряд В В — среда.

При взрыве зарядов всех видов, кроме камуфлетных, на той или иной стадии развития взрыва происходит взаимодействие продуктов детонации с воздушной средой атмосферы.

Ударная воздушная волна (у.в.в.) представляет собой скачок уплотнения, распространяющегося со сверхзвуковой скоростью.

Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающий воздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийся в определённом объёме. Поверхность, которая отделяет сжатый воздух от невозмущённого, представляет собой фронт ударной волны.

Распространяясь, ударная волна заставляет частицы воздуха колебаться вдоль линии прохождения волны, вызывая ряд сжатий и расширений в этом направлении. Эта волна называется волной сжатия и расширения, или продольной волной.

Чем больше давление на фронте у.в.в., тем больше её скорость. При своём движении (рис. 6.3) ударная волна (?) теряет полученную первоначально энергию вследствие необратимых тепловых потерь на нагрев воздуха, через который движется у.в.в. (2), а также за счёт увеличения объёма воздуха, вовлекаемого ею в движение по мере распространения. С удалением у.в.в. от места её возникновения давление на фронте волны падает и на расстоянии около 100 радиусов заряда от центра взрыва скорость фронта волны приближается к скорости звука, т. е. она вырождается в звуковую волну (3), которая движется со скоростью 340 м/с при температуре воздуха 15 °C.

Рис. 6.3. Изменение профиля расходящейся от заряда волны напряжений

Действие у.в.в. характеризуется максимальным Р и избыточным АР давлением, импульсом фазы сжатия I, временем действия фазы сжатия т, скоростью фронта волны D_y, температурой на фронте 7ф.

Теория ударных волн дает ряд соотношении между характеристиками на ее фронте:

избыточное давление на фронте у.в.в.

где ро, Р₀, с₀ — соответственно плотность (г/см³), давление (Па) и скорость звука (м/с) в невозмущенном воздухе; р" - плотность воздуха на фронте у.в.в., кг/м³; vпоказатель адиабаты.

В зависимости от расстояния максимальное и избыточное давления могут быть рассчитаны по формулам:

максимальное давление вблизи заряда.

избыточное давление с увеличением расстояния от места взрыва

где Q — масса ВВ, кг; г — расстояние от заряда, м; к — коэффициент, зависящий от крепости пород (для крепких скальных пород и гранита к = 1700…2000).

Академик М. А. Садовский для расчёта максимальной величины избыточного давления (Па) при взрыве над землей сферического заряда тротила предложил формулу.

где Q, — тротиловый эквивалент, кг; г — расстояние от места взрыва, м.

Профессор Г. И. Покровский преобразовал формулу (6.8) для взрыва в подземных выработках:

для случая с двусторонним распространением у.в.в. по выработке.

для тупиковой выработки.

где S — площадь поперечного сечения выработки, по которой распространяется у.в.в., м².

Давление, производимое у.в.в. на преграду, зависит от угла падения волны на эту преграду. Действие ударной волны, подходящей к преграде под углом, большим 45°, в 2 раза превышает действие волны, скользящей вдоль преграды.

Время действия избыточного давления ударной волны равно примерно тысячным долям секунды. За это время многие разрушения в преграде не успевают произойти, поэтому для оценки действия у.в.в. важен импульс взрыва:

Время т растёт по мере удаления рассматриваемой точки от эпицентра взрыва и в нервом приближении пропорционально корню квадратному от расстояния R до эпицентра. Это объясняется различием в скоростях распространения переднего и заднего фронтов волны (растягиванием волны). М. А. Садовский предложил определять т из формулы.

Эпюра ударной волны включает в себя области положительных и отрицательных давлений. Пространственную протяженность зоны положительных давлений принято называть длиной ударной волны. Она значительно меньше протяженности зоны разрежения.

Если давление у.в.в. в 2 раза превышаег атмосферное, то оно смертельно для человека. Для разрушения оконных стёкол достаточно превышение атмосферного давления у.в.в. на семь сотых. Разрушение капитальных зданий происходит при 50%-м превышении атмосферного давления.

В реальных условиях интенсивность воздушной ударной волны зависит от типа ВВ, конструкции и вида забойки, свойств взрываемых пород, конструкции заряда, параметров и схем его инициирования, взаимного расположения места взрыва и объекта воздействия, атмосферных условий и т. д. При взрывах на поверхности значительное влияние на параметры у.в.в. оказывают естественные преграды на пути волны.

Уменьшение температуры воздуха с высотой создаёт наиболее благоприятные условия для рассеивания воздушных волн от взрыва. При увеличении температуры воздуха с высотой на поверхности земли образуются зоны сильного звукового эффекта, примыкающие к участку с относительно слабым звуком.

При увеличении скорости ветра с высотой максимальный звуковой эффект наблюдается за участком взрыва, считая по направлению ветра. При уменьшении скорости ветра с высотой максимальный звуковой эффект будет перед участком взрыва, считая по направлению ветра.

В дождливую погоду или в дни с высокой влажностью воздушные ударные волны распространяются быстрее, чем в яркие солнечные дни.

Скорость истечения газов взрыва из устья скважины зависит от длины забойки. Так, при взрывании без забойки скорость исгечения газов взрыва досгигает 1000 м/с, а при взрывании скважин с забойкой длиной 1,1…5 м, расположенной на глубине 4 м от устья скважины, скорость истечения газов взрыва снижается в 4 раза.

Необходимо также учитывать направление инициирования и правильно выбирать массу заряда в серии, так как в некоторых случаях может наблюдаться наложение отдельных волн, в результате чего образуется новая, более сильная волна.

Хороший эффект по снижению интенсивности у.в.в. даёт засыпка наружных зарядов. При высоте слоя засыпки, равном высоте заряда, давление в у.в.в. уменьшается на 30%, что позволяет уменьшить в 1,2 раза радиус опасной зоны или в 2 раза увеличить суммарную массу заряда.

При проведении взрывов на земной поверхности в стеснённых условиях для ограничения разлёта породы применяют укрытия. Применение металлических плиточных укрытий в 2−3 раза ослабляет действие у.в.в.

Ослабление у.в.в. в подземных выработках достигается путём сооружения вблизи места взрыва массивных перемычек из различных материалов (порода, дерево, бетон и др.). При взрыве в подземных выработках интенсивность у.в.в. снижается при наличии расширений, поворотов, сопряжений и различных препятствий. В сопряжениях и ответвлениях у.в.в. разделяется на несколько волн с меньшими параметрами. В сужениях волна усиливается.

Контрольные вопросы

• 1. На каком расстоянии ударная воздушная волна приобретает звуковую скорость?
• 2. Какие параметры характеризуют ударную воздушную волну?
• 3. От чего зависит интенсивность воздушной волны в подземных выработках?
• 4. Назовите основные мероприятия, обеспечивающие снижение интенсивности воздушной волны на поверхности.