Взрывное разрушение

ВЗРЫВНОЕ РАЗРУШЕНИЕ (а. blasting destruction, cutting by blasting; н. Explosionszerstorung, Explosionszerkleinerung, Explosionszersetzung; ф. facturation а l'aide du tir; и. rotura por explosion) — быстропротекающий процесс разделения твёрдой среды на отдельности под действием взрыва. В результате взрывного разрушения за счёт высокой скорости приложения нагрузки и деформирования среды образуется множество трещин, в отличие от статического разрушения, для которого характерно образование единичных трещин.

В безграничной среде, где влияние свободной поверхности мало (Камуфлет), взрывное разрушение протекает двустадийно. Первичное разрушение происходит на динамическом фронте дробления — поверхности, где достигается предельное упругое состояние среды и образуются макротрещины по двум механизмам: сколом — при достижении предельных сдвиговых напряжений (в ближней к центру взрыва зоне, где напряжения сжимающие), отрывом — при достижении прочности на отрыв (в дальней зоне, где действуют растягивающие напряжения). Преобладающая масса среды на фронте дробления разрушается отрывом, т.к. прочность на сдвиг в хрупких средах и горных породах значительно (на порядок и более) превосходит прочность на отрыв. В результате образуется зона радиальных трещин.

Вторичное разрушение протекает при последующем сдвиговом деформировании нарушенной среды. Оно преобладает около взрывной полости, где деформации имеют наибольшее значение, и является основной причиной переизмельчения среды и бесполезных тепловых потерь энергии, обусловленных внутренним трением в разрушенной среде. Трещины при вторичном взрывном разрушении ориентированы беспорядочно — это так называемая зона дробления. Влияние вторичного дробления растёт с деформацией, поэтому его наибольший вклад будет в случае сильного (например, ядерного) взрыва, когда степень деформирования существенно возрастает по сравнению с химическими взрывчатыми веществами. Размеры зон дробления R* и радиальных трещин R0 связаны соотношением

где s* — прочность на сжатие, s0 — прочность на отрыв.

Размер зоны дробления существенно зависит от интенсивности взрывного источника. Если начальное давление продуктов взрыва близко к прочности на сжатие, зона дробления может вообще отсутствовать. В этом случае преобладает разрушение отрывом, а зона радиальных трещин начинается от взрывной полости.

При взрыве вблизи свободной поверхности массива описанный механизм разрушения дополняется отколом — разрушением путём отрыва под действием растягивающих радиальных напряжений, возникающих при отражении взрывной волны от свободной поверхности (рис.).

При отколе трещины ориентированы в основном параллельно свободной поверхности. Максимальная глубина зоны откольного разрушения не превышает половины длины фазы сжимающих напряжений взрывной волны.

Качество взрывного разрушения характеризуется распределением кусков по размеру (гранулометрическим составом). При взрыве в однородной среде (без начальной трещиноватости) установлена чёткая корреляция между механизмом разрушения и гранулометрическим составом разрушенной среды. Первичное разрушение приводит к образованию в горной массе примерно равного количества кусков различного размера, при вторичном разрушении большей частью кусков имеет приблизительно одинаковый размер.

В реальных горных породах всегда существуют дефекты (неоднородности) различного масштаба — от естественной трещиноватости массива до дислокаций в зёрнах минералов, которые приводят к зарождению трещин и определяют гранулометрический состав разрушенной взрывом горной породы преимущественное влияние тех или иных неоднородностей зависит от величины действующих напряжений и проявляется дифференцированно в зависимости от расстояния до центра взрыва и интенсивности взрывного источника. Около взрывной полости, где действуют максимальные напряжения, разрушению могут подвергаться даже самые прочные минералы, входящие в горные породы наибольшее влияние на формирование гранулометрического состава оказывают трещиноватость (макро- и микро-) и слоистость. Например, при слабом взрыве в породе с чётко выраженной блочной структурой гранулометрический состав определяется в основном начальной системой трещин. На взрывное разрушение, т.е. на создание новых поверхностей в массиве, расходуется около 1% от всей энергии взрыва.

Управление разрушающим действием взрыва состоит в возможном регулировании среднего размера куска и набора фракций. Для этого применяют короткозамедленное взрывание, буферное взрывание и др.