Основные формы совершаемой работы при взрыве.

Действие взрыва на окружающую среду

Действие взрыва совершается за счет энергии выделяющейся при взрыве. Энергия выделяется в виде тепла. Полная теплота взрыва

Q=Q₀ • m

где,

Q₀ – удельная теплота взрыва, ккал/кг

m – масса заряда, кг.

Действие на окружающую среду оказывают газообразные продукты взрыва. Схема баланса энергии при взрыве приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема баланса энергии при взрыве

Вся энергия за вычетом химических и тепловых потерь превращается в работу. Избежать химических потерь (за счет неполноты протекания реакций) и тепловых потерь (за счет нагрева окружающей среды) невозможно.

Газообразные продукты совершают механическую работу в разных формах (дробление, выброс грунта, образование ударных волн, сейсмических волн и др.), среди них есть полезные формы и бесполезные.

Сумма всех работ, произведенных взрывом, называют полной работой.

А_полная=А₁+А₂+А₃+А_i+…= η • Е

Полная работа обычно составляет 60-70% от полной энергии взрыва. Полезные формы работы составляют обычно не более 10%. Основные формы совершаемой работы подразделяют на две группы: фугасного и бризантного действия.

Бризантность (от французского brizer – дробить) – это способность ВВ к местному, т.е. проявляющемуся в непосредственной близости от поверхности заряда, разрушительному действию. Это действие есть результат резкого удара продуктов детонации по окружающей среде (ближние формы работы).

Под фугасным действием понимают общее действие взрыва на некотором расстоянии от поверхности ВВ, которое проявляется в совершении работы продуктами взрыва в процессе их расширения до малых давлений. Фугасное действие часто называют работоспособностью.

Потенциал ВВ

Для оценки эффективности какой-либо формы работы взрыва нужно знать полную работу взрыва. Полное превращение внутренней энергии в механическую работу при адиабатическом расширении впервые рассматривал Чельцов. Благодаря его работам возникло понятие потенциал ВВ – максимальная работа, которую могли бы совершить продукты взрыва одного килограмма ВВ при неограниченном адиабатическом расширении и охлаждении до абсолютного нуля (Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии.)

W=A_n=C_V (T_взр.-0)=Q+C_V • 298

Q – теплота взрыва;

C_V - средняя теплоемкость в интервале температур Т_взр. и Т_{конечная} = 0

Так как второе слагаемое всего 3-5% от А _n, то А _n ≈ Q _v.

Работа адиабатного расширения газа:

A=nc_v(T₁-T₂)≈Q_v (1- )

A=Q_v-формула Чельцова

Совершенная газом работа меньше, чем потенциал ВВ.

Потенциал и способность ВВ совершать работу обычно оценивают по теплоте взрыва. Однако металлизированные и некоторые другие промышленные ВВ при такой оценке дают завышенные результаты. Поэтому для оценки работоспособности (фугасности) ВВ нашли широкое применение экспериментальные методы.

Поле взрыва заряда ВВ

Продукты детонации (ПД) при своем расширении в среде, окружающей заряд формируют ударную волну (УВ), параметры которой зависят от типа ВВ, его плотности и от сжимаемости среды.

Для того, чтобы охарактеризовать действие взрыва на окружающие объекты, говорят о поле взрыва. Полем взрыва называется область пространства, в которой проявляется его разрушительное действие за счет расширяюшихся ПД и возникающей в среде УВ.

Форма поля взрыва в однородной среде зависит от формы заряда. Так, при взрыве сферического заряда, инициируемого из центра, облако ПД и УВ имеет форму сферы. При взрыве цилиндрического заряда, если l_зар≤(2-3) d_зар, инициированного с торцов, в первоначальный момент форма поля взрыва близка к конической. С увеличением же расстояния от заряда форма его приближается к сферической. Поскольку детонация протекает быстро, то после ее прохождения продукты взрыва занимают первоначальный объем, то есть заряд превращается в зону чрезвычайно плотных движущихся газов. Давление составляет обычно р = 0,5 Р_j (≈100 тыс.атм.). Затем начинается интенсивный разлет продуктов. Цилиндрический заряд (если l_зар.»d_зар.) сначала имеет поле взрыва близкое к конусу, с увеличением расстояния оно становится сферическим. Продукты детонации при своем расширении формируют в среде ударную волну.

Н

Рисунок 2. Поле взрыва сферического заряда в однородной среде

еоднородность среды (наличие границ раздела) оказывает влияние на форму поля взрыва.

В зависимости от расстояния до центра взрыва, интенсивности действия продуктов и ударной волны условно различают 3 зоны.

Первая зона с радиусом не более 1,5-2 радиусов заряда (рисунок 2, В).

r₀ – это зона действия потока продуктов детонации с высокой скоростью и плотностью – зона местного или бризантного действия.

Вторая зона – от 1,5 до 5÷6 радиусов заряда (рисунок 3, С). В ней энергия продуктов детонации переходит в энергию ударной волны. Это зона совместного действия продуктов детонации и ударной волны. Параметры разрушения весьма высокие.

Третья зона – расстояние более 5-6 радиусов заряда – разрушение образовано действием ударной волны (рисунок 3, D). Зона общего или фугасного действия.

Кроме факторов разрушающего действия – действие продуктов детонации и ударной волны при работе с ВМ большое значение имеет определение безопасных расстояний

Б

Рисунок 3. Поле взрыва сферического заряда в однородной среде

езопасные расстояния определяют по разлету отдельных кусков породы или осколков, по сейсмической безопасности для зданий и сооружений по действию ударной воздушной волны на человека и для зданий и сооружений.

Например, для человека безопасна ударная волна:

R_min=15

М – масса ВВ в кг

То есть при взрыве 1 кг тротила на расстоянии 15 м ударная волна не скажется существенно на здоровье человека.

Бризантное действие

Проявляется на небольших расстояниях в виде дробления скальных пород, пролома стальных плит, осколочного действия боеприпасов и т. д.

Бризантность – важнейшая характеристика при выборе ВМ для совершения работы. В отличие от фугасного действия она зависит не столько от теплоты взрыва, сколько от скачка давления во фронте детонации, то есть от скорости детонации и плотности заряда.

Б=p₀uD

Ее действие также зависит от соотношения между временем деформации объекта Т и временем воздействия на него продуктов τ.

Если τ>T (тонкая стенка и большой заряд ВВ), то бризантность характеризуется детонационным давлением:

Р_Д =

где, ρ₀ – плотность;

Д – скорость детонации.

Если τ<T (толстая недеформируемая стенка, небольшой заряд ВВ),

то бризантное действие характеризуется импульсом силы давления на преграду:

I = Р_Д •τ =•p₀•l•S•Д

Где p₀, l, S, Д – плотность, длина, площадь сечения и скорость детонации заряда.

Реально из-за деформируемости преграды и бокового разлета продуктов работает не весь заряд. Для получения максимального бризантного действия обычно изготавливают заряды с наибольшей активной массой – плоские, широкие.

Например: к чисто бризантным формам работы взрыва можно отнести дробление негабаритных кусков породы накладными зарядами, упрочнение, сварку и резку металлов взрывом.

Применение бризантного действия взрыва ВВ. Способы ведения взрывных работ