Управління детонаційним процесом в подовжених зарядах при руйнуванні породних масивів

Фактична швидкість детонації ВР бойовика (амоніту №6ЖВ) складає 3900м/с. Щоб збільшити її до 5500м/с, необхідно задати довжину lДШ у витку і його крок h. Згідно з (2) крок витка h = 5,945 r. Якщо прийняти радіус витка r=4см, то h = 23,8см, а h/d 3. Довжина відрізка ДШ, що утворює такий виток, складе згідно з (1) lДШ = 34,6см. При таких параметрах витка спіралі буде забезпечено шукане співвідношення імпедансів. 

В разі суттєвої різниці вихідних імпедансів бойовика і заряду (4…5 і більше) можливості керування їх співвідношенням через спіраль ДШ в бойовику можуть бути недостатніми. В цьому випадку спіраль ДШ слід розташувати в торцевій частині заряду на межі з ВР бойовика, повторивши вищенаведені розрахунки. Така комбінація системи “бойовик – заряд ВР із спіраллю ДШ - заряд” дозволить створити перехідну зону з проміжним акустичним імпедансом, який буде меншим імпедансу бойовика в 2,2 рази і більшим імпедансу ВР заряду теж в 2,2 рази, що виключить надлишкові втрати енергії ініціювання на акустичному рівні. 

 Спіральне розташування ініціатора в заряді радіусом rз обумовлює різну відстань бойовика від стінок свердловини (рис.5). Розбиваємо заряд на елементарні об’єми по висоті Vа = рZr  і Vb = рZr  (Z – довжина твірної заряду в циліндричній системі координат). Якщо відбудеться детонація в цих об’ємах, внутрішня енергія ПВ відповідно дорівнює: 

 

  ; (3)

 , (4)

 

де Ра й Рb – тиск ПВ в об’ємах Vа й Vb , k = cp/cV – співвідношення питомих теплоємностей при Р і V= Const; n – долі rз (n = 0,1; 0,2;…0,9), а= АС, b = АО.

В результаті перетворень співвідношення між тисками у ПВ і тривалостями відповідних імпульсів дорівнює:

 

 , (5)

 . (6)

 

Спіральне розташування ініціатора в заряді призводить до незвичайного процесу імпульсного впливу тиску ПВ на стінку свердловини. Після приходу імпульсу ініціатора в яку - небудь точку вправо від неї (А) на стінку свердловини (у точці С) діє тиск  , а в протилежну сторону (у точці В) – тиск   (у цьому випадку   >  ). При такій схемі тиск поширюється по спіралі щодо стінок свердловини, тобто чергуються слабкі й сильні імпульси тиску, у такий спосіб відбувається перерозподіл енергії вибуху. 

На підтвердження розрахунків виконані експериментальні дослідження в полігонних умовах шляхом підривання поодиноких зарядів з масою mз = const по двох варіантах (лінійний і спіральний ініціатори) і чотирьох серіях, обумовлених різною кількістю витків спіралі й масою ВР ініціатора. Замірявся радіус вибухової порожнини rП . Дослідження в обох випадках при свідчать про перевагу спірального ініціювання (табл. 1). 

 

Таблиця 1

Результати експериментів з лінійним і спіральним ініціаторами 

 

Для обох випадків ініціювання спостерігається тісний зв'язок з коефіцієнтом кореляції, близьким до 0,99. 

В розділі 4 вивчені способи активізації детонаційних процесів в сумішевих ВР та визначено ефективність різних типів підсилювачів детонаційного процесу. 

Ініціювання ВР, що вміщує сторонні включення (тверді часточки, пустоти), відбувається скоріше, ніж ініціювання однорідної ВР, реакція в якій виникає внаслідок обємного розігрівання. З цієї причини детонація ВР з різними включеннями виникає при більш низькому тискові ініціювання, ніж для однорідних ВР.

Для гарантованої детонації ВР і підтримання стабільності даного процесу по довжині заряду в якості засобів ініціювання рекомендовано бойовики (шашки Т-400Г або патронировану ВР) з нитками ДШ у вигляді спіралі. На ділянках ВР в горизонтальних площинах, протилежних ниткам ДШ, для підвищення ефекту поперечної детонації ВР розміщуються тверді частинки - підсилювачі “гарячих точок”, в якості яких використовуються інертні матеріали з температурою плавлення 400...500°С (табл.2).

Виконаними дослідженнями впливу геометрії інертних часток на параметри термодинамічного процесу встановлено, що з позиції максимального збудження температури в “гарячих точках” вибухової суміші найбільший вплив справляють частки з плоскими гранями (кубоподібної або прямокутної форм). Даному фактору не надавалось особливого значення. Однак аналіз результатів розрахунків і дослідна їх перевірка показали, що для досліджуваних варіантів геометрії твердих часток або "включень" в складі ВР (кругла, трикутна, прямокутна форми) найбільший ефект спостерігається при частках с найбільшими гранями. Цей висновок підтверджується також результатами вимірювань швидкості детонації ВР з включеннями гранітної крошки з промитого відсіву фракції 0...5мм (табл. 3).

 

Таблиця 2

Характеристики твердих включень

 

З аналізу наведених даних видно, що інертні частки ”гарячі точки” обумовлюють зростання швидкості детонації в залежності від типу ВР на З...6%, а в залежності від геометрії часток - на 0,1...0,2 км/с для грамоніту 79/21, на 0,1...0,15 км/с для грануліту АС-8 і на 0,2...0,4 км/с для ігданіту. В залежності від геометрії часок швидкість детонації зростає в середньому на 34,7%. При цьому найбільш значення швидкості спостерігається при наявності часток з прямокутними гранями, а найменше –