Лекция 7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДЕТОНАЦИИ Методы

Лекция 7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДЕТОНАЦИИ Методы определения скорости детонации можно подразделить на две группы: 1) методы, дающие возможность определить среднюю скорость на определенном участке длины заряда (метод Дотриша, осциллографические методы); 2) методы, дающие возможность определить скорость детонации в любой точке длины заряда (метод скоростной киносъемки). Разрушение горных пород взрывом, 2010 1

Метод Дотриша измерения скорости детонации с помощью детонирующего шнура (ДШ) состоит в том, что неизвестная скорость испытуемого ВВ сравнивается в известной скоростью детонации ДШ. 1 2 3 4 В 5 60 350 Г 2 40 6 10 9 7 А 8 К Б Схема определения скорости детонации по методу Дотриша: 1 – электродетонатор; 2 – завинчивающиеся крышки; 3 – промежуточный детонатор; 4 – бесшовная труба; 5 – заряд ВВ; 6, 7 – отрезки детонирующего шнура L 1 и L 2; 8 – пластинка-фиксатор; 9 – стальная подкладка; 10 – металлическая труба Разрушение горных пород взрывом, 2010 2

Для монтажа фиксирующей системы берут два неравных отрезка ДШ, длину которых устанавливают в зависимости от ожидаемой скорости детонации испытуемого ВВ. Подготовленный к испытанию заряд взрывают. Распространяющаяся по заряду детонационная волна в точке В вызывает детонацию в отрезке шнура 6 длиной L 1, затем в точке Г инициирует отрезок шнура 7 длиной L 2. Распространяющиеся по этим отрезкам детонационные волны встречаются в некоторой точке К и, создав мгновенное повышение давления, образуют на пластинке характерную вмятину, которая и служит для измерений при расчете скорости детонации. После взрыва заряда извлекают из защитной трубы 10 оставшуюся пластинку-фиксатор 8, разыскивают на ней отметку К и измеряют расстояние от этой отметки до рисок А и Б. Скорость детонации определяется, исходя из равенства времени распространения детонационных волн по заряду и по отрезкам детонационного шнура до встречи Разрушение горных пород взрывом, 2010 3

Осциллографический метод основан на способности продуктов детонации ионизироваться, замыкать в таком состоянии искровые промежутки датчиков, помещенных в заряд, и посылать на осциллограф электрические импульсы. 1 2 3 - + 4 3 L 7 5 К осциллографу 4 8 6 Схема осциллографического метода определения скорости детонации: 1 – электродетонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – источник постоянного тока; 4, 5, 6 – сопротивления; 7, 8 – конденсаторы; 9 – заземленный электропровод; 10, 11 – датчики 9 Разрушение горных пород взрывом, 2010 4

Заряд инициируют электродетонатором 1. При прохождении детонационной волны вдоль заряда датчики поочередно замыкаются с заземленным электропроводом благодаря ионизации продуктов детонации. При замыкании датчика 10 разряжается конденсатор 7 и дает первый импульс в осциллограф, при замыкании датчика 11 разряжается конденсатор 8 и дает второй импульс. Оба последовательных импульса вызывают соответствующие скачки напряжения, которые в виде всплесков святящейся кривой с большой точностью на экране электроннолучевой трубки осциллографа. С полученной осциллограммы определяют время прохождения детонационной волны между датчиками t, сравнивая расстояние между двумя скачками (пиками) кривой напряжения и имеющимися метками времени. Среднюю скорость детонации на измеренном интервале можно определить по формуле: где L – расстояние между датчиками. Разрушение горных пород взрывом, 2010 5

Фотографический метод основан на фоторегистрации светящихся продуктов детонации за фронтом детонационной волны, распространяющихся вдоль заряда. Для выполнения этого метода наиболее широко применяется фоторегистр СФР с зеркальной разверткой, который выдает фотограмму с наклонным изображением (по отношению к координатным осям) следа свечения продуктов детонации в виде непрерывной линии. Схема фоторегистра с зеркальной разверткой: 1 – заряд ВВ; 2 – объектив; 3 – щель; 4 – объектив; 5 – зеркало; 6 – фотопленка; 7 – направление вращения зеркала; 8 – направление перемещения изображения на пленке Разрушение горных пород взрывом, 2010 6

Скорость детонации заряда ВВ можно определить по формуле , где V – скорость развертки изображения; - коэффициент поперечного увеличения, равный отношению длины изображения на пленке к длине заряда; - угол наклона касательной к кривой фотограммы. Прибором СФР можно получить вместо непрерывной развертки процесса во времени серию отдельных снимков с частотой до 2 106 кадров в секунду. Разрушение горных пород взрывом, 2010 7

Факторы, влияющие на скорость и устойчивость детонации Устойчивой называется детонация заряда ВВ с постоянной, характерной для условий взрывания скоростью. Поэтому устойчивость детонации, как правило, характеризуется скоростью детонации. Все факторы, влияющие на скорость и устойчивость детонации ВВ в заряде, можно разделить на две группы: 1) факторы, зависящие от состояния самого ВВ (дисперсность, чувствительность к начальному импульсу и др. ); 2) факторы, зависящие от условий взрывания зарядов ВВ (плотность ВВ, диаметр заряда ВВ, наличие прочной оболочки; мощность начального импульса и др. ). Нами будут рассмотрены достаточно подробно только факторы, относящиеся ко второй группе, поскольку во многом именно от горных инженеров может зависеть правильный выбор этих параметров, обеспечивающих как необходимое качество, так и безопасность производства взрывных работ. Разрушение горных пород взрывом, 2010 8

Влияние плотности заряда ВВ Для каждого ВВ существует насыпная, оптимальная и критическая плотность. Скорость детонации в значительной мере зависит от изменения плотности ВВ в заряде. Uд 1 A 2 н опт кр С увеличением плотности индивидуальных ВВ скорость детонации возрастает до максимальных значений (кривая 1), что объясняется увеличением концентрации энергии в единице объема. При увеличении плотности смесевых ВВ от насыпной н до оптимальной опт скорость детонации W возрастает до максимальной величины (точка А на кривой 2), поскольку с уменьшением расстояния между частицами ВВ улучшаются условия теплопередачи от частицы к частице и пополнения энергией волны сжатия, распространяющейся по заряду, а также условия взаимодействия химических элементов, образовавшихся в процессе первичного превращения. Разрушение горных пород взрывом, 2010 9

При дальнейшем увеличении плотности до критического значения кр уменьшается свободная, не контактирующая поверхность частиц ВВ, что затрудняет восприятие частицами теплоты. Затрудняются процессы диффузионного смешивания продуктов первичного распада, необходимые для вторичных реакций с высоким тепловыделением. Кроме того, аммиачная селитра, входящая в состав большинства ВВ, при этих плотностях ведет себя как инертное вещество, поглощающее тепло и не поддерживающее окислительные реакции. Все вышеперечисленные факторы препятствуют распространению детонации по заряду ВВ. Достичь критической плотности ВВ посредством механического воздействия на него нельзя. Обеспечить у заряда ВВ или его части плотность, приближающуюся к критической, возможно только с помощью взрывного импульса. Разрушение горных пород взрывом, 2010 10

Причины, которые могут привести к переуплотнению зарядов ВВ в шпурах до критической плотности 1) Переуплотнение ударной воздушной волной, распространяющейся по промежутку между зарядом ВВ и стенками шпура (канальный эффект). Схема деформации заряда при канальном эффекте: ω – фронт ударной воздушной волны в зазоре; D – фронт детонационной волны; d – диаметр заряда; b - толщина уплотненной зоны ВВ; L – длина зоны уплотненного ВВ Разрушение горных пород взрывом, 2010 11

2) Переуплотнение ударной волной, породе, от ранее взорванного заряда. распространяющейся по При одновременном взрывании зарядов вследствие разброса во времени срабатывания электродетонаторов мгновенного действия или применения короткозамедленного взрывания с минимальными интервалами замедления (15 -25 мс) ранее взорвавшиеся шпуровые заряды предохранительных ВВ продуцируют в массиве пород волну сжатия. Заряды в невзорвавшемся шпуре могут переуплотняться за счет подвижки массива в районе шпура. Схема уплотнения заряда предохранительного ВВ при групповом взрывании: 1 – сечение заряда после уплотнения; 2 – первоначальное сечение заряда; 3 – первоначальное сечение шпура; 4 – разрушенная и уплотненная порода Разрушение горных пород взрывом, 2010 12

3) Переуплотнение зарядов предохранительных ВВ газообразными продуктами взрыва, распространяющимися по трещинам от ранее взорванных зарядов. Экспериментальными исследованиями, проведенных на угольных шахтах, установлено, что в сильнотрещиноватом массиве газообразные продукты детонации от ранее взорвавшегося заряда, распространяясь по трещинам, могут достигнуть при определенных условиях соседнего шпура и переуплотнить заряд предохранительного ВВ, что приведет или к затуханию детонации, или к переходу детонации в горение. Разрушение горных пород взрывом, 2010 13

Влияние диаметра заряда ВВ Каждое ВВ характеризуется двумя диаметрами заряда, определяющими скорость и устойчивость детонации, – критическим и предельным. Критическим dкр называется диаметр заряда, при дальнейшем уменьшении которого детонация заряда ВВ становится неустойчивой, т. е. может происходить ее затухание. Предельным dпр называется диаметр заряда, обеспечивающий максимальную скорость детонации ВВ, при дальнейшем увеличении которого скорость детонации заряда ВВ не увеличивается. Wд Wди Зависимость скорости детонации от диаметра заряда Wдкр dпр dз Разрушение горных пород взрывом, 2010 14

Детонация может устойчиво распространяться по заряду только в том случае, если продолжительность реакции частиц ВВ в волне меньше времени выброса вещества в радиальном направлении за пределы заряда . = a / (W – U); = dз / (2 ); dкр = 2 ; где a – ширина зоны химической реакции; dз – диаметр заряда; U – массовая скорость веществ в точке Чепмена-Жуге; - скорость волны разрежения, равная скорости звука в расширяющихся продуктах детонации. При < детонация в заряде затухает. При dз = dкр должно соблюдаться условие = . Разрушение горных пород взрывом, 2010 15

Влияние прочной оболочки заряда ВВ Прочная оболочка за счет сдерживания разлета продуктов детонации в зоне химической реакции позволяет уменьшить критический диаметр заряда ВВ, то есть обеспечить устойчивую детонацию при меньших диаметрах заряда. Wд Wди Зависимость скорости детонации от наличия оболочки: 1 – без оболочки; 2 – с оболочкой 1 2 6 7 U 5 W BB 1 dкр d dз 3 4 2 Для справки (см. лекцию 6) Разрушение горных пород взрывом, 2010 16

Мощность начального импульса Влияние мощности (скорости детонации) инициатора сказывается лишь на начальном участке развития детонации, где в зависимости от величины импульса может быть получена скорость детонации основного заряда выше или ниже характерной для данного диаметра заряда, но в любом случае на участке 1 -2 диаметра заряда скорость стабилизируется. С этой точки зрения для инициирования любого заряда ВВ необходимо применение промежуточного детонатора со скоростью детонации не ниже, чем у заряда основного заряда ВВ. При невыполнении данного условия детонация в заряде может затухнуть. Разрушение горных пород взрывом, 2010 17