Сущность определения скорости детонации заключается в измерении времени прохождения детонационной волны между двумя заданными точками с помощью хронографа или сравнении определяемой скорости детонации с известной скоростью детонации. Например, сущность метода определения скорости детонации в конденсаторном хронографе (рисунок 3.6) заключается в том, что за время детонации заряда определенной длины происходит разряд конденсатора C через сопротивление R.

Зная ёмкость конденсатора C и его начальный и конечный заряды q₀ и q_t , время разряда, т. е. время детонации t, вычисляется по фор-муле:

.                                 (3.13)

1 – гранулит АС-4; 2 – граммонит 79/21; 3 – аммонит 6ЖВ; 4 – граммонит 30/70; 5 – гранулотол; 6 – акватол   Рисунок 3.5 - Зависимость скорости детонации гранулированных и водосодержащих ВВ от диаметра заряда

Рисунок 3.6 - Схема конденсаторного хронографа

Особенность данного метода, дающая возможность определять скорость детонации на малых участках (от 5 до 10 см), заключается в механизме размыкания тока. Для разрыва цепи тока в хронографе использованы два стальных стержня 3 и 4, соприкасающихся с испытуемым зарядом 2. На свободных концах к стержням пришлифованы металлические контакты 3а и 4а, которые только силой сцепления удерживаются на стержне. При прохождении детонационной волны стержень испытывает толчок, пришлифованная пластинка отскакивает и тем самым нарушает контакт. Действие устройства заключается в следующем. До детонации заряда конденсатор С заряжается от батареи Е. Начальный заряд q₀ может быть определен, если переключатель Р установить на баллистический гальванометр G и измерить количество электричества по гальванометру. В момент прохождения детонационной волны стержень 3 испытывает удар и контакт 3а разрушается, при этом батарея оказывается отключенной от цепи и конденсатор разряжается через сопротивление R. При достижении детонационной волной второго стержня нарушается контакт 4а и цепь С- R разрывается. После чего с помощью переключателя Р измеряется остаточный заряд q_t .

Более простым и распространенным методом определения скорости детонации является метод Дотриша, заключающийся в сравнении определяемой скорости детонации с известной скоростью детонации детонирующего шнура [5].

Наиболее точным методом определения скорости детонации и параметров фронта детонации являются осциллографические и фоторегистрирующие методы, например, с помощью камер ждущей  и скоростной фоторегистрации  (ЖФР, СФР).

Формы работы взрыва

В общем случае коэффициент полезного действия взрыва зависит от многих факторов: характера работы взрыва, физико-механических свойств объектов разрушения, свойств ВВ и их взаимосвязи [12]. Схематически работу взрыва можно описать на примере типового случая дробления и выброса горной породы при взрыве углубленного заряда (рисунок 3.7).

Возникающая впереди фронта расширяющихся продуктов взрыва волна сжатия (ударная волна) сжимает массив горных пород и вызывает в нем тангенциальные напряжения, приводящие к образованию радиальных трещин. При отражении волны от свободной поверхности возникают растягивающие усилия, приводящие к образованию кольцевых трещин, вблизи от поверхности – откольные явления.

1 - зона вытеснения; 2 - зона раздавливания; 3 - зона трещин   Рисунок 3.7 - Схема действия взрыва (а) и образования радиальных трещин (б)

Таким образом, в результате ударно-волновой составляющей действия взрыва в массиве, в дополнение к естественным трещинам, образуется объёмная сетка трещин, которая намечает контуры отдельностей, т.е. форму и размеры кусков породы. Работу разрушения завершают расширяющиеся продукты взрыва, которые сдвигают горную массу с частично нарушенными связями. При этом трещины расширяются и окончательно формируются куски раздробленной породы. При последующем выбросе горной массы куски дополнительно дробятся в результате соударения.

Описанная схематически картина дробления, сдвига и выброса горной массы указывает на две основные формы работы, совершаемой продуктами взрыва: работу дробления и работу перемещения горной массы. Первую называют бризантным или дробящим действием взрыва, вторую – фугасным или метательным действием.

Бризантное действие взрыва осуществляется за очень короткий интервал времени порядка 10^-6…10^-5 с и пропорционально головной части импульса взрыва. Фугасное действие пропорционально полному импульсу взрыва I и совершается в течение миллисекунд.

,                       (3.14)

где p – давление продуктов взрыва, кг/см²;

m – масса заряда, кг;

t _к – время достижения ПД давления окружающей среды, с;

Q_взр – теплота взрыва, ккал/кг.

Таким образом, бризантное действие обусловлено динамическим ударом продуктов детонации, находящихся под очень высоким давлением (от 20000 до 500000 кгс/см²), и наблюдается лишь в непосредственной близости от заряда ВВ. На бризантном действии основано применение ВВ в осколочных снарядах, бомбах, гранатах и других боеприпасах; в промышленности для разрушения горных выработок и бетонных конструкций.

В последние годы значительное внимание учеными уделяется изучению бризантного действия ВВ на иерархическую структуру геофизической среды, в том числе и при взрывном дроблении горных пород и бетонных блоков. Так, например, в работе [13] приведены результаты исследования по определению влияния массы m (г) заряда ВВ на величину кусков взорванного материала.

Опыты проводили с искусственными средами – бетонными блоками в форме куба, что позволило исключить из экспериментов влияние таких трудноконтролируемых параметров структурных сред, как трещиноватость и неоднородность. Опыты проводились с различными типами зарядов ВВ и различными величиной и прочностью бетонных блоков. Полученный в результате взрыва кусковой материал разделялся ситовым анализом по фракциям, для них определялся средний размер куска и массовая доля каждой фракции в общей массе раздробленного материала.

На рисунке 3.8 на основе экспериментальных данных представлены гистограммы в полулогарифмических координатах  распределения кусков бетона при разрушении внутренним взрывом.

Получены двухмодальные распределения Р(l) кусков по размерам. Полимодальность распределений свидетельствует о наличии в раздробленном материале кусков бетона с характерным размером  массой Q, равным значению абсциссы максимумов. Такие куски встречаются чаще всего. По полученным данным построены зависимости характерных (m) и средних размеров кусков l(m) при разрушении блоков внутренним взрывом (рисунок 3.9).

Данные зависимости удовлетворительно описываются выражениями:

 = 80,89m^-0,936,

                                    (3.15)

l = 70,39 m ^-1,382                                          

Аналогичные исследования выполнены при разрушении бетонных блоков накладными зарядами.

Таким образом, результаты разрушения бетонных блоков наружными и внутренними взрывами свидетельствуют о наличии характерных размеров кусков . Величина их монотонно снижается с увеличением массы зарядов ВВ и находится в корреляционной связи со средним размером кусков l раздробленного материала. Описанная работа [13] представляет научный интерес, так как результаты взрывного дробления бетонных блоков накладными и внутренними зарядами взрывчатого вещества (т.е. бризантное действие ВВ) рассмотрены с позиции иерархии размеров образовавшихся кусков и установлено, что характерный размер кусков нелинейно зависит от массы зарядов, причем существует связь между характерным  и средним l размерами кусков раздробленного материала:

 = 1,149 m^0,446 l .