Об одном элементе механизма детонации

© И.В. Бригадин, А.В. Сегень, 2016

И.В. Бригадин, А.В. Сегень

ОБ ОДНОМ ЭЛЕМЕНТЕ МЕХАНИЗМА ДЕТОНАЦИИ

На основе анализа экспериментальных данных и базовых представлений о механизме детонации сформулированы проблемные вопросы современной практики горных работ с использованием взрывчатых веществ, в том числе эмульсионных. Выдвинута гипотеза о вкладе излучения и его резонансного поглощения в механизм детонации. Предложены направления теоретического поиска и экспериментального изучения возможного вклада резонансного излучения и поглощения в детонационные процессы. Ключевые слова: механизм детонации, гипотеза, излучение, резонансное поглощение, экспериментальный поиск.

Введение

Современные теоретические представления о механизме детонации вообще и динамике детонационных волн считаются в определенной мере завершенными.

Первые физико-математические модели детонационных волн в виде гидродинамической теории детонации разработали известные ученые — В.А. Михельсон (Россия), Д.Л. Чепмен (Англия) и Е. Жуге (Франция).

В дальнейшем эта теория развита в работах Я.Б. Зельдовича [1], Д. Неймана и В. Деринга. Для высокоплотных ВВ используются уравнения Л.Д. Ландау и К.П. Станюковича изложенные в работе [2] и более поздних изданиях, а также в работах К.К. Шведова [3, 4]. Историческая справка и обобщенный аналитический обзор представлены в монографии [5].

Большинство практических задач в интересах горной промышленности и взрывных работ в целом адекватно решаются на указанной теоретической основе.

Некоторые проблемные вопросы детонации

Основные эффекты, сопровождающие процесс детонации, принципиально исследованы и объяснены. В то же время некоторые эффекты требуют более тщательного изучения. Среди них: разгон детонации (явление увеличения скорости детонации с увеличением диаметра заряда) и понятие критического диаметра (минимальный диаметр при котором достигается идеальная скорость детонации).

С появлением аппаратуры, позволяющей измерять скорость детонации в непрерывном или очень подробном режиме (ранее шаг измерений был соизмерим с размером удлиненного заряда), дала возможность выявить эффект флуктуации скорости детонации и закономерность ее снижения у торцевой части скважин-ного заряда.

Динамика изменения скорости детонации по длине колонки заряда эмульсионного ВВ, заимствованная из работы [6], представлена на рисунке. Аналогичные результаты получены и другими авторами, например в НМСУ «Горный» (С-Петербург).

По диаграмме виден процесс заметного уменьшения скорости детонации у торца колонки заряда. Такой эффект не может быть связан с влиянием стенок скважины или иными факторами механического (геометрического) происхождения.

Детонационный процесс, сопровождающийся выделением значительной энергии в удельном исчислении, оказывает достаточно сильное тепловое воздействие.

При взрыве заряда ВВ генерируется и достаточно интенсивное электромагнитное излучение, которое в зависимости от условий подрыва может иметь несколько цугов (пакетов).

Последние 3 фактора в классической теории детонации даже гипотетически не рассматриваются.

Предложения по развитию представлений

о механизме детонации

Объяснение изложенных выше фактов возможно на основе учета вклада в процесс детонации энергии излучения (в тепловом и электромагнитном диапазонах как минимум).

Изменение скорости детонации по длине колонки заряда 218

Оценка вклада излучения связана с основными его параметрами — температурой, длиной волны и интенсивностью.

Частотный диапазон теплового излучения достаточно корректно можно оценить по закону смещения Вина. Интенсивность — по результатам экспериментальных измерений. Оценить параметры электромагнитного поля пока можно только экспериментально.

Поскольку воздействие теплового и электромагнитного полей осуществляется на тоже самое вещество (по химическому составу), то вполне закономерно ожидать резонансных эффектов в невозмущенной среде ВВ впереди фронта детонации.

Цепная химическая реакция детонации во многом может зависеть от параметров излучения.

В случае правильности выдвинутой гипотезы потребуется корректировка (введение дополнительных членов) в систему уравнений Я.Б. Зельдовича, которые призваны объяснить природу нестабильности детонационных процессов.

Рекомендации по поддержанию стабильности режима детонации на основе резонансных эффектов позволит повысить эффективность использования энергии ВВ, что является актуальной задачей как в общетеоретическом плане, так и прикладном (в горном деле [7—12]).

Предложения по экспериментальному

подтверждению

Для подтверждения гипотезы о вкладе излучения и его резонансного поглощения в механизм детонации необходимо проведение специальных экспериментов. В частности:

• изменение диаметров и массы инициаторов;

• облучение заряда ВВ в различных частотных диапазонах в момент детонации;

• создание условий для срыва детонации в середине заряда;

• запуск детонации по высоте (снизу и сверху, по горизонтали, с разным внутренним покрытием в трубах);

• использование труб с различным внутренним покрытием материалами, обладающими различными коэффициентами отражения излучения;

• удлиненные заряды по схемам «диффузор-конфузор—диф-фузор» и «конфузор—диффузор—конфузор».

По результатам таких экспериментов последуют соответствующие выводы.

В классических уравнениях [5] сохранения(1)—(3):

D D - u

массы — =

импульса p0Du = p - p0 = Ap;

энергии

E2 - Ei - Qt

необходимо дополнительное включение членов, связанных с излучением.

Выводы

1. Современная теория детонации не в полной мере объясняет некоторые экспериментальные факты.

2. Включение в механизм детонации дополнительного элемента, связанного с воздействием и последующим резонансным поглощением излучений, расширяет теоретическую основу явления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. — М.: Гостехиз-дат, 1955.

2. Баум Ф.А., Станюкович К.П. и др. Физика взрыва. — М.: Наука, 1975.

3. Шведов К.К. Об определении работоспособности ВВ // Физика горения и взрыва. — 1984. — Т. 20. — № 3.

4. Шведов К.К. О причинах разброса экспериментальных данных и возможности их точного определения. — Черноголовка: ИХФ АН СССР, 1985.

5. ДубновЛ.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. — М.: Недра, 1988.

6. Козырев С.А., Звонарь А.Ю. Повышение эффективности и безопасности взрывной отбойки на подземных рудниках при использовании эмульсионных ВВ // Взрывное дело. — 2011. — № 106/63. — С. 72—91.

7. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Ни др. Механический эффект подземного взрыва. — М.: Недра, 1971.

8. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ, ч. 2. Взрывные работы в горном деле и промышленности. — М.: Изд-во «Горная книга», МГГУ, 2008. - С. 57-92.

9. Кутузов Б.Н. Справочник взрывника. — М.: Недра, 1988.

10. Шемякин Е.И. Сейсмический эффект мощного подземного взрыва // Взрывное дело. — 2004. — № 94/51. — С. 10—21.

11. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. — М.: Недра, 1989.

12. Дугарцыренов А.В. Физическая природа и механизм разрушения горной породы при камуфлетном взрыве // Взрывное дело. — 2011. — № 106/63. — С. 112—126. (¡233

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Бригадин Иван Владимирович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: ivanbrigadin2008@ya.ru, Сегень Андрей Васильевич — кандидат технических наук, заместитель генерального директора, ФГУП «ГосНИИ ПП».

UDC 622.235.2

I.V. Brigadin, A.V. Segen'

ABOUT ONE ELEMENT MECHANISM OF DETONATION

Based on the analysis of experimental data and basic ideas about the mechanism of detonation problematic issues of the modern practice of mining with the use of explosives , including emulsion. The hypothesis about the contribution of emission and resonant absorption in the mechanism of detonation. The proposed direction of the theoretical search and experimental study of the possible contribution of resonance radiation and absorption in the detonation process.

Key words: mechanism of detonation, hypothesis, emission, resonant absorption, experimental search.

AUTHORS

Brigadin I.V.1, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, e-mail: ivanbrigadin2008@ya.ru,

Segen'A.V.1, Candidate of Technical Sciences, Deputy General Director, 1 State scientific-research Institute of applied problems, 191167, Saint-Petersburg, Russia.

REFERENCES

1. Zel'dovich Ya.B., Kompaneets A.S. Teoriya detonatsii (Theory of detonation), Moscow, Gostekhizdat, 1955.

2. Baum F.A., Stanyukovich K.P. Fizika vzryva (Physics of explosion), Moscow, Nauka, 1975.

3. Shvedov K.K. Fizika goreniya i vzryva. 1984. vol. 20, no 3.

4. Shvedov K.K. O prichinakh razbrosa eksperimental'nykh dannykh i vozmozhnosti ikh tochnogo opredeleniya (Causes of scatter of experimental data and capability of their accurate determination), Chernogolovka, IKhF AN SSSR, 1985.

5. Dubnov L.V., Bakharevich N.S., Romanov A.I. Promyshlennye vzryvchatye vesh-chestva (Commercial explosives), Moscow, Nedra, 1988.

6. Kozyrev S.A., Zvonar' A.Yu. Vzryvnoe delo. 2011, no 106/63, pp. 72—91.

7. Rodionov V.N., Adushkin V.V., Kostyuchenko V.N. Mekhanicheskii effektpodzem-nogo vzryva (Mechanical effect of underground explosion), Moscow, Nedra, 1971.

8. Kutuzov B.N. Metody vedeniya vzryvnykh rabot, ch. 2. Vzryvnye raboty vgornom dele i promyshlennosti (Methods of blasting, part 2. Blasting in mining and in industry), Moscow, Izd-vo «Gornaya kniga», MGGU, 2008, pp. 57-92.

9. Kutuzov B.N. Spravochnik vzryvnika (Blaster's Manual), Moscow, Nedra, 1988.

10. Shemyakin E.I. Vzryvnoe delo. 2004, no 94/51, pp. 10-21.

11. Baron V.L., Kantor V.Kh. Tekhnika i tekhnologiya vzryvnykh rabot v SShA (Blasting in USA: Techniques and technology), Moscow, Nedra, 1989.

12. Dugartsyrenov A.V. Vzryvnoe delo. 2011. № 106/63, pp. 112-126.