lЗ=3.5(hВ)0,3·α-0.32, м.
Глубина воронки может быть рассчитана из выражения
hВ=4,34f1,2PЗ1,05qЗ0,63lШ–0,95, м,
где PЗ – показатель эффективности заряда.
Рис.38 Зависимость угла раскрытия воронки от ее глубины.
Величина разрушения межшпурового целика lП убывает по степенной зависимости от расстояния между зарядами, а при сближении зарядов на минимально допустимые расстояния глубина полости в крепких породах достигает глубины воронки выброса одиночного заряда
lП=0,2–0,7а4–0,25hВа+0,98hВ2, м,
где а – расстояние между шпурами.
Зависимость угла раскрытия воронки выброса α от ее глубины hВ (при максимальном соотношении hВ/qЗ) следует находить из следующего выражения:
α=(0,31hВ3–0,36hВ2+0,086hВ+1,04)/lП, град.
Изменение характера действия взрыва заряда может быть достигнуто как путем уменьшения глубины заложения заряда постоянной величины (рис.39,а), так и путем увеличения массы заряда при постоянной глубине заложения (рис.39,б).
Взрыв одиночного заряда в грунтах
Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердых частиц, жидкой и газовой фаз. Наличие воздуха в порах грунта сильно влияет на условия распространения в них ударных волн. При распространении ударной волны энергия взрыва расходуется на сближение твердых частиц за счет уменьшения объема пор, при этом разогрев воздуха в ударной волне приводит к повышению температуры твердых частиц (затрачивается ~90% энергии ВВ). Зона уплотнения будет во много раз больше зоны уплотнения в слабо пористых грунтах.
Рис.39 Способы изменения характера действия взрыва на среду:
а – изменением глубины заложения заряда ВВ; б – изменением массы заряда ВВ.
Разрушение грунта происходит главным образом за счет запаса кинетической энергии, приобретенной средой при расширении продуктов взрыва (разрушение под действием волн напряжений в грунтах незначительны). Вокруг заряда при взрыве образуется расширяющаяся сферическая полость, заполненная газами взрыва, которая при приближении к открытой поверхности приобретает грушевидную форму, большая ось которой совпадает с ЛНС заряда, рис.40.
В водонасыщенных грунтах энергия передается преимущественно по воде. Поэтому действие взрыва в таких грунтах по своему характеру, как и при взрывах в воде, близко к гидростатическому давлению, направленному одинаково во все стороны.
В неводонасыщенных (сухих) грунтах, так же как и в твердых телах, напряженное состояние в каждой точке определяется двумя величинами – радиальным (σn) и тангенциальным (στ)напряжениями. Характер зависимости деформации грунта ε от напряжения σ показан на рис.41.
Изменение формы полости объясняется различной сопротивляемостью перемещению участков массива. В нижней части полости расширения быстро прекращаются, в то время как размеры верхней части полости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. В дальнейшем оболочка прорывается в верхней части и движение породы происходит за счет баллистического полета отдельных частиц – в грунте образуется воронка.
Рис.40. Последовательность фазы движения грунта.
Взрыв заряда в скальном монолитном массиве
Механизм разрушения скальной монолитной породы взрывом сосредоточенного заряда ВВ принципиально отличается от механизма действия взрыва в грунтах. В скальной породе вблизи заряда под действием ударной волны и высокой температуры продуктов взрыва образуется зона сильно деформированной породы, Эту область называют зоной сжатия или измельчения, рис.42.
Рис.41 Зависимость деформации грунта от напряжения:
1 – водонасыщенный грунт; 2 – неводонасыщенный грунт; 3 – кривая разгрузки после взрыва (сохраняется остаточная деформация); А – участок смены знака кривизны σ(ε).
Рис.42. Схема распределения трещин в породе около места взрыва:
а – зона сжатия (измельчения); б – зона разрыхления.
По мере удаления от заряда напряжения в волне сжатия быстро снижаются и на определенном расстоянии становятся меньше сопротивления породы раздавливанию, изменяется характер деформации, что приводит, соответственно и к изменению характера разрушения среды. Под действием прямой волны напряжений, распространяющейся от заряда ВВ, в породе в радиальном направлении возникают сильные сжимающие напряжения, а в тангенциальном – растягивающие, обеспечивающие появление радиальных трещин. В результате такого действия в породе нарушается связное строение, и она распадается на отдельные куски. Эту зону называют зоной разрыхления.