УДК 549:291,33
ББК 86.41:26.31
  К.305
 

Направленные взрывы, взрывы в одной среде и воде
по типу цунами, взрывы и ударные волны на границе двух сред
Опасные волновые и колебательные процессы в сплошных средах

  • Скачать видео - дыры в земле, опасные места, 2 научных видео, 63,8 Мб, скачать rar-архивом
  • Скачать видео - технические взрывы на кимберлитах, 4 научных видео, 257 Мб, скачать rar-архивом
  • Скачать видео - "Белазы" и техника на кимберлитах, 8 научных видео, 409 Мб, скачать rar-архивом
  • Скачать видео - кимберлиты "ИнГОК", "Удачная" и др., 17 научных видео, 552 Мб, скачать rar-архивом
  • Скачать видео - кимберлит "Фемистон Опен" Австралия, 9 научных видео, 451 Мб, скачать rar-архивом
  • Скачать видео очевидцев ядерных и мощных взрывов, объем 3,50 Гб, rar-архив
    Теория ударных волн и сверхмощных взрывов в литосфере и атмосфере Земли, к монографии 2009 г.
  • Скачать видео ЧАЭС очевидцев взрыва, объем 1,53 Гб, rar-архив, ядерный взрыв и авария 1986 г.
  • Скачать фото ЧАЭС очевидцев взрыва и аварии 1986 г., объем 16,5 Мб, rar-архив

   ПОДВОДНЫЙ ВЗРЫВ (а. submarine explosion, underwater explosion; н. Unterwasserexplosion; и. explosion submarine) - взрыв заряда взрывчатых веществ, размещенного под водой. Характеризуется слабым затуханием ударных волн вследствие малой сжимаемости водной среды.

   В результате подводного взрыва заряда взрывчатых веществ возникает распространяющиеся сферические или конусом волны взрыва, давление внутри которых значительно выше, чем в окружающей среде. Расширяясь, волны в воде ударную волну при ударе об атмосферу и границу двух сред. Когда фронт ударной волны достигает свободной поверхности, вода, находящаяся под действием огромного давления за фронтом ударной волны, движется по нормали распространения волн взрыва.

 


Пример закладки взрывного заряда на морском и речном дне и в щели, формирование ударной волны

 


Пример формирование купола ударной волны на месте взрыва с разрывом его трех составляющих

   При этом наблюдается формирование пологого купола на месте выхода сферической ударной волны и небольшой всплеск за счет разрыва ударной составляющей, а затем в образовавшийцся разрыв купола ударной волны на границе двух сред начинается резкий подъем массы воды вверх (термоядерный сверхмощный взрыв в акватории Тихого океана, имитирующий искусственное цунами - Украина). В результате этого возникает вертикальный столб воды ("султан"), поднимающийся на значительную высоту над местом взрыва сверхмощного термоядерного заряда, а ударная волна по типу цунами расходится в разные стороны на некотором расстоянии от поверхности воды, формируя эргономичную форму крыла фазовых траекторий составляющих ударных волн.

 


Пример отсечения части ударной волны взрыва в конусе формирования волны цунами в воде
позиционированным взрывным зарядом концептуально меньшей мощности (для термоядерного
источника ДОПОГ опасные грузы N 7D (III) - отсечение ядерным зарядом ДОПОГ опасные грузы N 7D (II))

   Взрывные работы под водой выполняются методами скважинных, шпуровых и наружных (накладных) зарядов взрывчатых веществ, в некоторых случаях (при сейсморазведке, уплотнении грунтов, штамповке металлов) используются открытые или подвесные заряды взрывчатых веществ. Метод накладных зарядов применяют при мощности снимаемого грунта (съема) до 0,4-0,5 м и крепости взрываемых пород до VIII группы по СНиП, а также при взрывании песчаных перекатов, отдельных камней и элементов конструкций. Шпуровые заряды используются при мощности съема до 1-2 м, крепости пород свыше VIII группы, скважинные заряды - при съеме более 2,0 м пород любой крепости. Качество дробления пород определяется способом ее уборки и типом используемых землеуборочных механизмов. Как правило, глубина взрывного рыхления превышает мощность проектного съема пород на 0,3- 0,5 м (багермейстерский запас). Расчетная линия сопротивления принимается больше глубины рыхления на 0,2-0,4 м.

 

   ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА (а. explosives, blasting agents; н. Sprengstoffe; ф. explosifs; и. explosivos) - химические, ядерные и термоядерные соединения или смеси веществ, способные в определенных условиях к быстрому (мгновенному, "молниеносному", взрывному) самораспространяющемуся химическому и иному превращению с выделением энергии, тепла, возможно магнитоного, светового и гравитационного импульса и образованием газообразных, жидких и твердых продуктов.

   Взрывчатыми могут быть вещества или смеси любого агрегатного состояния. Широкое применение в горном деле получили так называемые конденсированные взрывчатые вещества, которые характеризуются высокой объемной концентрацией взрывной энергии. В отличие от топлив, требующих для своего медленного (не взрывного, не мгновенного) горения и ядерного превращения поступления извне газообразного кислорода и иных составляющих, такие взрывчатые вещества выделяют тепло в результате внутримолекулярных процессов распада или реакций взаимодействия между составными частями смеси, продуктами их разложения или газификации.

   Специфический характер выделения энергии и преобразования ее в кинетическую энергию продуктов взрыва и энергию ударной волны определяет основную область применения взрывчатых веществ как средства дробления и разрушения твердых сред (главным образом горных пород) и сооружений и перемещения раздробленной массы (взрывотехническая технология).

   В зависимости от характера воздействия химические (ДОПОГ опасные грузы N 1) превращения взрывчатых веществ происходят: при нагреве ниже температуры самовоспламенения (вспышки) - медленное термическое разложение; при поджигании - горение с перемещением зоны активной химической реакции (пламени) по веществу с постоянной скоростью порядка 0,1-10 см/с; при ударно-волновом воздействии - активная детонация взрывчатых веществ.

   Изменение свойств взрывчатых веществ может происходить в результате физико-химических процессов, влияния температуры, влажности, под воздействием нестойких примесей в составе взрывчатых веществ и др. В зависимости от вида укупорки устанавливают гарантийный срок хранения или использования взрывчатых веществ, в течение которого нормированные показатели взрывчатых веществ либо не должны изменяться, либо их изменение происходит в пределах установленного допуска.

   Основной показатель безопасности в обращении с взрывчатыми веществами - их чувствительность к механическим и тепловым воздействиям. Она обычно оценивается экспериментально в лабораторных условиях по специальным методикам (типа "Тунгусского метеорита" в РФ, на спичках и т.п.). В связи с внедрением дополнительных механизированных способов перемещения больших масс сыпучих взрывчатых веществ к ним предъявляются требования низкой электризации и чувствительности к разряду статического электричества.

   После Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. XX в. аммиачно-селитренные и иные взрывчатые вещества, вначале преимущественно в виде тонкодисперсных аммонитов, стали доминирующим видом промышленных (химических) взрывчатых веществ в СНГ. Тонкодисперсные аммиачно-селитренные взрывчатые вещества сохранили свое для изготовления патронов-боевиков, а также для специальных видов взрывных работ. Индивидуальные взрывчатые вещества, в особенности тротил, применяются для изготовления шашек-детонаторов, для длительного заряжания обводненных (не основных) скважин, в чистом виде (гранулотол) и в высоководоустойчивых взрывчатых смесях, гранулированных и суспензионных (водосодержащих). Для прострелочных (проверочных, тестировочных) работ в глубоких нефтяных скважинах также применяют гексоген и октоген.

 

   ДОПОГ 1 
   Бомба, которая взрывается
   Могут характеризоваться рядом свойств и эффектов, таких как: критической массой; разбросом осколков; интенсивный пожар/тепловой поток; яркая вспышка; громкий шум или дым.
   Чувствительность к толчкам и/или ударам и/или теплу
   Использовать укрытие, при этом держаться на безопасном расстоянии от окон
   Оранжевый знак, изображение бомбы при взрыве

 

   ДОПОГ 7    
   Радиоактивные материалы (радиация, Украина)
   Риск поглощения внешнего и внутреннего радиационного облучения
   Ограничить время влияния, ожоги радиацией, радиационная засветка фото- и киноматериалов
   Желтая верхняя половина ромба, белая - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, черный знак радиации, надпись

 

   ДОПОГ 7                    
   Радиоактивные материалы
   Риск поглощения внешнего и внутреннего радиационного облучения
   Ограничить время влияния, ожоги радиацией, радиационная засветка фото- и киноматериалов
   Белая, желтая верхняя половина ромба, белая - нижняя, номер ДОПОГ, черный знак радиации, текст

   Активные однокомпонентные (обедненные) радиационные материалы. Белый ромб, одна вертикальная красная черта внизу - нет ядерного боезаряда (в т.ч. простая водородная бомба на ядерном взрывателе, обедненный уран, прожигающая боеголовка "Косово", ЕС, однокомпонентная без ядерного взрыва). Компетенция - метрология Украины.
   Желтый ромб, две вертикальные краснае черты внизу - активный одинарный ядерный заряд (уран, ядерная бомба по типу "Хиросима", в том числе многокомпонентные однотипные ядерные части единого боезаряда, однококпонентный взрыв и простая цепная ядерная реакция - "два в одном"). Компетенция - полиция Украины и военный правопорядок.
   Желтый ромб, три вертикальные красные черты внизу - активный двойной рапзнокомпонентный ядерный заряд (плюс дейтерий-тритий, термоядерная бомба типа "Тихий океан", в том числе ядерные части дуплексного боезаряда, цепной ядерный взрыв и цепная темоядерная реакция - "три в одном"). Компетенция - военные Украины и военный правопорядок.

   ДОПОГ 7Е    
   Радиоактивные материалы делимые (в процессе взрыва)
   Опасность возникновения ядерной цепной реакции (ядерная рекация, взрыв). Активные однокомпонентные (обедненные) радиационные материалы.
   Белая верхняя половина ромба, белая - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, черный знак радиации, текст

 

   ВЗРЫВ (а. explosion, blast; н. Explosion, Abschu?; и. explosion) - процесс быстрого физико-химического превращения вещества, при котором выделяется энергия и совершается работа. Источником энергии взрыва служат экзотермические химические (химический взрыв) и ядерные и термоядерные реакции (ядерный и термоядерный взрыв).

   На фото - локализованный взрыв в карьере. Высвобождение химической энергии заряда взрывчатых веществ результате его детонации или быстрого сгорания (пороховой заряд) приводит к резкому повышению давления в его объеме, что вызывает характерное движение окружающей среды и продуктов химического превращения. Объем, занятый первоначально зарядом (точечный), толчком или серией толчков расширяется, окружающая среда волновым образом сжимается, подвергается локальному вовлечению во вращение и локальному перемещению в пространстве, деформируется и разрушается, отдельные ее компоненты приобретают значительную векторную кинетическую энергию и т.п.

   Характерная особенность направленного движения сплошной среды при взрыве - крайне сложные колебания сплошной среды в малой (локальной) окрестности взрыва, описывается функциями Бесселя и неймана, и образование особой взрывной (ударной) волны на границе сплошных сред (скачек плотности в сторону ее резкого уменьшения, препятствующей переходу энергии в следующ9ий слой сплошных сред), распространяющейся вдоль границы двух сред со скоростью, превышающей или равной скорости звука, благодаря чему в движение за короткое время вовлекаются локализованные объемы сред.

   В широком смысле под взрывом понимают совокупность химических, ядерных, термоядерных, комплексных и механических эффектов, вызываемых быстрым выделением энергии в очень ограниченном объеме (краевая задача Коши для волнового дифференциального уравнения Лапласа второго порядка в частных поизводных), связанных с применением различного типа взрывчатых веществ (в т.ч. маркированных для перевозки по системе маркировки особо опасных грузов ДОПОГ Украины).


Пример формирование купола ударной волны на месте взрыва с разрывом его составляющих


Пример распространения вектора ударной волны на границе двух сред (вверху - разреженная среда)

 

   КРИТИЧЕСКИЙ ДИАМЕТР (а. critical diameter; н. kritischer Durchmesser; и. diemetro critiсо) - минимальный диаметр цилиндрического заряда взрывчатых веществ, при котором возможно устойчивое распространение детонации вдоль заряда. При диаметре заряда меньше критического диаметра энерговыделение (любого типа, как химическое, так и смешанное, ядерное и термоядерное) недостаточно для самоподдерживающегося режима детонации (взрыва) независимо от величины инициирующего взрыв слабого импульса. Для урана (ядерная реакция по ДОПОГ опасные грузы N 7D (II)) и урана в качестве взрывателя термоядерного заряда (термоядерная реакция по ДОПОГ опасные грузы N 7D (III)) диаметр уранового шара составляет примерно 9-10 см (ДОПОГ опасные грузы N 7D (II), размер головы новорожденного ребенка).

 


Пример формирования расходящейся конусности фронта распространения ударной взрывной волны

 

   НАПРАВЛЕННЫЙ ВЗРЫВ (а. directional blast; н. gerichtete Explosion; и. explosion dirigida) - взрыв одного или нескольких зарядов взрывчатых веществ, при котором выбрасываемая горная порода перемещается в заранее заданном направлении и на заданное расстояние (инженерные технологии и высшая математика - градиенты функций Бесселя и других специальных функций).

   Направленный взрыв основан на том, что при взрыве горная порода перемещается по направлению линии наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. по кратчайшему расстоянию между зарядом и свободной поверхностью разрушаемой горной породы. Это обусловлено тем, что в начале стадии взрыва генерируемая им волна распространяется условно-симметрично во все стороны, затем, отражаясь от поверхности, приводит примыкающую к свободной поверхности среду в движение в направлении, перпендикулярном этой поверхности. Движущаяся к центру взрыва волна разрежения, встречаясь с расширяющейся навстречу ей волной взрыва, изменяет ее симметричное увеличение, и с этого момента полость взрыва расширяется в направлении к свободной поверхности, что увеличивает скорость перемещения выброса породы до тех пор, пока продукты взрыва из полости не прорвутся через разрушающийся на отдельные куски массив.

 


Пример формирование распространения ударной взрывной волны в зависимости от глубины залегания заряда

   Характер разлета кусков породы существенно зависит от формы заряда взрывчатых веществ. Для сосредоточенного заряда (например, сферического и цилиндрического) наибольшее значение скорости выброса наблюдается в направлении ЛНС. По мере отклонения от этого направления скорость выброса уменьшается, а на границе образующейся при взрыве воронки она становится равной нулю. Взрыв плоского заряда (параллельного свободной поверхности) выбрасывает расположенные над ним горные породы по направлениям, перпендикулярным к свободной поверхности.

   Количественно направленный взрыв характеризуется коэффициентом направленности выброса n, который является отношением объема породы, перемещенной в заданном направлении, ко всему выброшенному взрывом объему. Коэффициент n зависит от способа направленного взрыва и при оптимальных условиях может достигать 0,9. При любом способе направленного взрыва дальность перемещения выброшенной породы зависит от удельного расхода взрывчатых веществ, угла наклона свободной поверхности к горизонту и свойств горной породы. Наибольшая дальность перемещения породы при одинаковом удельном расходе взрывчатых веществ достигается при угле наклона свободной поверхности около 45°.

   Направленный взрыв осуществляется посредством: использования соответствующей для данных условий формы зарядов взрывчатых веществ; выбора благоприятной ориентации по отношению к заряду свободной поверхности, естественно или искусственно образованной (например, взрывом); применения последовательного взрывания зарядов взрывчатых веществ. Различают направленные взрывы на выброс (когда центр массы взрываемого объема горной породы находится ниже центра массы этого же объема, упавшего на свободную поверхность) и на сброс (при обратном расположении этих центров масс). Схема развития направленного взрыва на выброс показана.

   При взрыве клиновидного заряда А, расположенного под углом р к горизонтальной свободной поверхности, удается достичь выброса в левую сторону практически всей горной породы, расположенной над зарядом А. При последующем взрыве заряда В, образованного сочетанием плоского (в его нижний части) и клиновидного (в его верхней части) зарядов, благодаря искусственно созданной свободной поверхности, возникшей после взрыва клиновидного заряда А, значительная часть горной породы также перемещается в левую сторону, а в пределах образованной взрывом выемки остается невыброшенной некоторая часть горной породы.

   

   Это объясняется т.н. краевым эффектом, заключающимся в том, что на нижнем торце заряда В направление скорости выброса отклоняется от оптимального направления VB (функции Бесселя - процесс идет с потерей энергии на трение, функции объективно гаснут - угол падения не равен углу отражения, и скорость уменьшается - трение). При применении последовательного (слева направо) взрывания системы камерных или цилиндрических зарядов с интервалом времени t, не превосходящим некоторого критического значения tкp, полости взрыва нескольких соседних зарядов сливаются и горизонтальная свободная поверхность наклоняется на угол р. Величина tкp определяется таким образом, чтобы взрыв последующего заряда в основном завершился до прорыва ударных волн в атмосферу от взрыва предыдущего заряда. В дальнейшем выброс горной породы в основном происходит в правую сторону перпендикулярно новому направлению свободной поверхности, т.е. по направлению вектора скорости VB под углом р к вертикали.

   При той же очередности взрывания зарядов (слева направо), но при условии t>tкp, основная часть взорванной породы перемещается в левую сторону. Это объясняется тем, что при взрыве первого заряда выброс породы происходит симметрично в правую и левую стороны. При последующем взрыве второго заряда выброс в основном происходит в сторону свободной поверхности, образованной при взрыве первого заряда. Одновременно взрыв второго заряда перемещает и некоторую часть породы, которая при первом взрыве переместилась в правую сторону. Аналогичный механизм выброса происходит при взрыве третьего заряда и т.д.

   Направленный взрыв на сброс используется для создания крупных плотин, дамб, перемычек на реках и т.п. В этом случае применяют систему скважинных зарядов либо один или несколько камерных зарядов. Направленный взрыв на сброс в сравнении с направленным взрывом на выброс при одинаковом объеме сброшенной горной породы характеризуется значительно меньшим количеством взорванного взрывчатого вещества и более прост в практическом осуществлении, т.к. горная масса перемещается в сторону наклонной или вертикальной свободной поверхности. Механизм движения горной породы при взрыве на сброс тот же, что и при взрыве на выброс.

   В разработку теории и расчета направленного взрыва внесли вклад советские ученые М. А. Садовский, М. А. Лаврентьев, Н. В. Мельников, Г. И. Покровский, М. М. Докучаев, К. Е. Губкин. Направленный взрыв в СНГ широко применяется при строительстве различных гидроэнергетических сооружений и вскрытии месторождений полезных ископаемых, взрывной отбойке и т.п.

 

   ДЕТОНАЦИЯ взрывчатых веществ (франц. detoner - взрываться, от лат. detono - гремлю * а. detonation of explosives; н. Detonation von Sprengstoffen; и. detonacion de explosivos) - процесс химического, ядерного и смешанного превращения взрывчатых веществ, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны со скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Химическая реакция вводится интенсивной ударной волной, образующей передний фронт волны детонации. Резкое повышение давления и температуры за фронтом ударной волны приводит к очень быстрому химическому превращению вещества в тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны.

   Энергия, освобождающаяся в зоне химической реакции, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне. Возбуждение детонации является обычным способом осуществления взрыва. Волна детонации возбуждается интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока и т.п.). Сила воздействия, необходимая для возбуждения детонации, зависит от химической природы взрывчатых веществ. К механическому и тепловому воздействию особенно чувствительны инициирующие взрывчатые вещества, которые входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения детонации вторичных взрывчатых веществ.

   В однородном взрывчатом веществе волна детонации распространяется с замедляющейся скоростью и постепенно гаснет. Давление, которое создается при распространении детонационной волны в газовых взрывчатых смесях, составляет сотни кПа, а в жидких и твердых взрывчатых веществах измеряется тысячами МПа.

   При определенных условиях скорость детонации может превышать минимальную скорость распространения. В отличие от процесса Чепмена-Жуге в такой волне зона химической реакции движется относительно продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому для реализации процесса с повышенной скоростью необходимо внешнее воздействие, поддерживающее давление в ударной волне на более высоком уровне. Детонационная волна с повышенной скоростью распространения возникает также в неоднородном взрывчатом веществе при движении волны в направлении убывания плотности или в сферической волне, сходящейся к центру.

   Устойчивый процесс детонации не всегда возможен. Например, волна детонации не может распространяться в цилиндрическом заряде взрывчатых веществ слишком малого диаметра. Волна разрежения, возникающая при разлете продуктов детонации в боковых направлениях, искривляет передний фронт волны и ослабляет его амплитуду. Этот процесс приводит к снижению скорости химической реакции или практически полному ее прекращению. Минимальный диаметр заряда взрывчатых веществ, в котором возможен незатухающий процесс детонации, пропорционален ширине зоны химической реакции. Тип - "бенгальский огонь".

   Кроме детонации в взрывчатых веществах, возможен другой тип волны химического превращения - горение взрывчатых веществ. При некоторых условиях горение может перейти в детонацию. Во многих практических случаях (например, при горении топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания) возникновение детонации недопустимо. В связи с этим подбираются такие условия взрыва и химический (ядерный) состав используемых веществ, чтобы возникновение детонации было исключено. Управление процессом детонации достигается подбором взрывчатых веществ различного химического состава и плотности.

 

   Графики и откорректировано автором и владельцем веб-сайта
   Источник: с использованием материалов http://www.mining-enc.ru.ru