Тема 2. Лекція №2. Оцінка ефективності та якості вибухових речовин

1. Загальні положення про роботу і баланс енергії вибуху

Дія вибуху на масив порід виявляється в корисних формах, для яких виконується вибух, і некорисних, які представляють собою втрати. При підриванні в скельних масивах головним є дроблення і переміщення порід, а в пухких – прострілювання (утворення порожнин) або переміщення (вибухи на викид або скидання).

3агальна енергія (кДж), що характеризує можливу роботу вибуху, яка здійснюється за рахунок виділення тепла

(2.1)

де Е₀ – питома теплота вибуху, кДж/кг; Q – маса заряду, кг.

Роботу, яка виконується вибухом з руйнування і переміщення породи, нагрівання повітря і породи, генерування повітряних і сейсмічних хвиль, називають повною роботою вибуху. Повна ро-бота складає частину загальної енергії (теплоти) Е вибуху (кДж)

(2.2)

Загальний хімічний ККД вибуху η_0,х складає 0,7...0,8, а корисний ККД складає всього декілька відсотків і до теперішнього часу точно не визначений. При різних вибухах (в повітрі, на поверхні або на глибині масиву) повна робота змінюється несуттєво, проте витрати енергії на окремі види роботи значно змінюються. Так, при вибуху на поверхні масиву в порівнянні з вибухом на глибині його витрати енергії на руйнування породи і утворення сейсмічної хвилі зменшуються, а на утворення ударної повітряної хвилі – збільшуються. Максимальну роботу, яку можуть виконувати гази вибуху при їх адіабатичному розширенні до атмосферного тиску, тобто за умови переходу всієї внутрішньої енергії в механічну роботу розширення, називають ідеальною роботою вибуху (Кдж) і обчислюють за формулою

(2.3)

де р₁ – початковий тиск газів вибуху, Па; р₂=10⁵ Па – кінцевий тиск, рівний атмосферному; k – показник адіабати, рівний відношенню ; С_р, С_V – теплоємності газів при постійному тиску і об'ємі, кДж/(кг∙°С); Е_вт – теплові втрати в продуктах вибуху, кДж/кг.

Якщо вибух відбувається в твердому середовищі з опором руйнування р_р, то

(2.4)

де повна робота А_п зменшиться, а втрачене тепло збільшиться.

Повну роботу, обчислену за формулою (2.4) і віднесену до одиниці маси ВР (питому роботу), називають повною працездатністю. Відношення характеризує ККД вибу-ху, що визначає частину тепла, яка може бути використана для здійснення корисних форм механічної роботи вибуху.

Прийнявши приблизно, що при певному вибуху (на дроблення або викид) ККД дії різних ВР приблизно однаковий, можна порівняти їх ефективності за величиною теплоти вибуху даних ВР або за величиною ідеальних робіт.

На схемі балансу енергії при вибуху (рис. 2.1) в якості вихідної взята загальна хімічна енергія ВР. Фактична теплота вибуху менше загальної енергії на величину хімічних втрат (неповнота реакцій вибуху, частковий розкид ВР). Повна робота вибуху буде менше фактичної роботи на величину теплових втрат в навколишнє середовище, які мають місце за будь-яких умов підривання. Повна робота вибуху реалізується в різні корисні та некорисні форми роботи вибуху. До корисних форм відносяться дроблення, перемі-щення (викид або скидання), утворення підземних порожнин, до некорисних – утворення сейсмічних і повітряних хвиль, підвищене розкидання породи, переподрібнення породи на контакті із зарядом і т.д. Кількісних величин різних витрат енергії поки не визначено.

Рис. 2.1 – Схема балансу енергії при вибуху (за А.Ф. Беляєвим)