2.6. Кумуляция

Во время прохождения детонационной волны по заряду продукты взрыва движутся вслед за ней со скоростью, значительно меньшей скорости детонации. На поверхности заряда частицы отрываются и разлетаются в стороны с большей скоростью, чем основная масса продуктов взрыва. Опыты показывают, что вблизи боковой поверхности заряда продукты взрыва перемещаются приблизительно под углом 45º к направлению движения детонационной волны (см. рис. 2.3), а по мере удаления от поверхности заряда этот угол значительно увеличивается. По окончании детонации продукты взрыва выходят за пределы заряда в воздух с большой скоростью. Разлет происходит по направлению, почти перпендикулярному к торцевой поверхности заряда. Если в торцевой части патрона сделать углубление (рис. 2.10), то ударные волны (и продукты взрыва как бы преломляются по законам геометрической оптики и, изменив своё направление, входят внутрь углубления. Сталкиваясь, они уплотняются и скорость их значительно повышается, образуется кумулятивный поток элементарных ударных волн и струй продуктов взрыва, имеющий большую энергию. Такое сосредоточение действия взрыва основано на явлении так называемой кумуляции (от латинского слова “куммуляцио”– увеличение).

Скорость кумулятивной струи (потока) составляет 16000, а в некоторых случаях – 30000 м/с. Возникающее при этом давление может достичь порядка 100 тыс. МПа. Мощность кумулятивной струи велика, поэтому заряд обладает значительной пробойной силой.

Эффект кумуляции широко использован в бронебойных снарядах и минах. При взрывании наружными зарядами железобетонных сооружений (рис. 2.11) эффективность взрыва возрастает более чем вдвое. Заряд располагают на таком расстоянии, чтобы фокус кумуляции был на поверхности разрушаемой среды.

Наиболее правильный кумулятивный поток с наибольшим сжатием его и с наиболее удалённым фокусом получается при сферическом кумулятивным углублении. При конусном углублении поток менее сжат, фокусное расстояние также меньше. Диаметр основания кумулятивной полости D_ку торца заряда должен быть на 10…30% меньше диаметра заряда. Чтобы детонационная волна успела сформироваться до подхода к кумулятивному углублению, расстояние от детонатора до негоL_кдолжно быть не менее 2D_к. Толщина металлической оболочки, покрывающей кумулятивную выемку, не должна превышать 1/30D_к(при литых и прессованных зарядах оболочки может и не быть). В вершине оболочки углубления (особенно при конусной форме) целесообразно делать отверстие диаметром 1/8D_к.

Вгорном деле кумулятивный эффект использован в капсюлях-детонаторах и электродетонаторах – их металлическая гильза имеет сферическое углубление в торцевой части (для повышения инициирующей способности). В то же время кумулятивные заряды широкого распространения не получили. Это объясняется следующими причинами: патроны ВВ имеют небольшой диаметр, при котором образуется небольшая кумулятивная поверхность, и низкий кумулятивный эффект. При взрывании пород требуется не пробивание отверстия или углубления в породе, а равномерное дробление массива породы, т. е. направление энергии заряда не к дну шпура, а в стороны. Однако использование открытых кумулятивных зарядов для дробления крупных глыб (негабаритов) в некоторых случаях (при благоприятной форме глыб) даёт хороший эффект; расход ВВ снижается в 2…3 раза.