Исследование процесса разрушения горных пород при взрыве или ударе
|
Процесс разрушения горных пород при взрыве или ударе относится к типу быстро протекающих процессов, основной особенностью которых является неустановившееся динамическое распространение трещин в среде. Для изучения этого процесса необходима непрерывная быстрая кратковременная регистрация проявлений развития поверхностных и внутренних трещин. Для регистрации проявлений развития трещин или единичной трещины на поверхности горных пород используют высокоскоростную киносъемку, высокочастотное искровое фотографирование, изучение искусственных или естественных физических свойств горных пород. В случае изучения развития трещин внутри объема горной породы целесообразно использовать физические проникающие излучения. С помощью фотографических изображений измеряются размеры объекта и величины смещения, появляется возможность регистрировать изображения с чрезвычайно кратковременными выдержками, обеспечивающими съемку отдельных фаз быстро протекающих явлений. Наибольший интерес представляет возможность обратного изменения масштаба времени, т. е. замедленного представления на экране кратковременно протекающих процессов. Возможность обратного изменения масштаба времени позволяет получать количественные характеристики зарегистрированного на пленке развития трещин путем покадрового анализа. Различают два типа скоростных киносъемочных камер: с прерывистой покадровой регистрацией и с непрерывной скоростной фоторегистрацией. К первому типу относятся камеры с прерывистым движением пленки, которое обеспечивается скачковым грейферным механизмом (частота съемки до 250—300 кадров в секунду), кареры с непрерывным движением пленки и оптической компенсацией (частота съемки до 12—15 тысяч кадров в секунду) и многообъективные съемочные камеры (частота съемки — до десятков миллионов кадров в секунду). Второй тип скоростных камер — скоростные фоторегистраторы, в которых происходит непрерывное относительное перемещение оптического изображения и фотографического слоя, в результате чего изображение получается развернутым. Скорость развертки в камерах достигает 4000 м/с. Применение скоростной фотографии имеет ряд ограничений: регистрация микропроцесса распространения вершины и берегов трещин (порядка 0,01—0,02 мм) требует дополнительного увеличения и полировки поверхности исследуемого материала, применения специальных методик обработки результатов для выделения межкристаллических включений и естественной микротрещиноватости исследуемого процесса. Для определения скорости развития и длины трещины, возникающей при взрыве или ударе, большое распространение получила методика Исследования с нанесением специальных токопроводящих слоев в виде линий или колец на поверхность материала. Для создания токопроводящих слоев используют тонкую константановую проволоку или фольгу, а также напыляемые слой или слои на клеевой основе. Применение первых наименее эффективно, так как они обладают большими пластическими деформациями. Лучшими возможностями обладают напыляемые слои (алюминиевые), образованные после испарения (аквадаг — после испарения воды из водной суспензии графита), или слои на клеевой основе (серебряная паста). Методика исследований с нанесением токопроводящих слоев следующая. На поверхность горной породы наносят токопроводящие кольца шириной 0,2—0,4 мм на расстоянии друг от друга 1—5 мм. После взрыва или удара по горной породе образуется трещина; которая разрывает кольцо и вызывает тем самым изменение потенциала на пластинах осциллографа. Это приводит к отклонению луча на экране, а следовательно, и к фиксации времени взрыва кольца. Скорость развития трещин определяется по известному расстоянию между соседними кольцами и времени разрыва этих колец:  где rm,m+1 — расстояние между (m+1)-м и m-м кольцами; tm+1 и tm — соответственно время разрыва (m+1)-го и m-го кольца. Средняя скорость разрушения породы находится по известному расстоянию между первым и крайним кольцами и по промежутку времени между разрывами первого (tmin) и последнего (tmax) колец:  где r1 и rк — расстояния от центра заряда соответственна до первого и последнего кольца. Изучение кинетики разрушения можно производить также с помощью вихревых токов или акустических методов с использованием поверхностных, поперечных и продольных волн. |
