Физическое и механическое действия ядерного взрыва в горных породах

При ядерном взрыве в породе выделяют четыре фазы (рис. 11.16). Первые две фазы действия взрыва аналогичны взрыву ядерного заряда наружного действия. Основная часть энергии ударной взрывной волны поглощается породой в зоне взрыва в виде тепловой и механической энергии. Часть общей энергии (от молей процента до нескольких процентов) идет на сейсмические колебания.

Рис. Схема образования зон обрушения в различные промежутки.

а) t = 3мкс; б) t = 200мкс; в) t = 300 мкс; г) – конечная конфигурация.

Часть общей энергии (от долей процента до нескольких процентов) идет на сейсмические колебания.

В конце второй фазы (300 мкс) за ударной волной происходит расширеиие газового пузыря, сопровождающееся падением температуры, давления, дальнейшее расплавление породы. Сферическая полость расширяется до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению пород на данной глубине. При взрыве ядерного заряда мощностью 100 т на глубине 800 м от поверхности радиус полости достигает к этому моменту 50 м, причем внутренняя поверхность полости покрыта слоем расплавленной породы с температурой, которая равна тысячам градусов Цельсия.

Третья фаза начинается с момента выравнивания давления в полости и длится от нескольких секунд до нескольких часов. Расплавленная порода стекает с кровли и стенок полости вниз, унося с собой более 55…58% радиоактивных изотопов, скапливается в ее основании и затвердевает в виде стекловидного труднорастворимого материала. Трещины в кровле и стенках полости при падении давления приводят к нарушению статического равновесия.

После этого наступает четвертая фаза, во время которой происходит обрушение налегающих пород. Образованная полость является компенсационным пространством. Происходит обрушение породы до заполнения компенсационного пространства.

Зона обрушения в плотных породах имеет форму вертикальной трубы. Формирование трубообразной зоны обрушения может иногда длиться до нескольких месяцев в зависимости от свойств пород. Коэффициент разрыхления обрушенной породы составляет 1,3…1,35. В рыхлых породах плотностью, близкой плотности обрушенного в полость материала, эта зона может достигнуть поверхности образуя на ней провальную воронку.

При проектировании ядерных взрывов необходимо рассчитывать радиус полости, высоту трубы разрушения, объем породы, раздробленной взрывом и заполняющей трубу обрушения, размеры зоны трещиноватости.

Параметры трубы разрушения зависят от мощности заряда, глубины его заложения и свойства пород.

Радиус полости определяют по формуле

,

где с – константа, зависящая от типа породы (для гранита с = 60, наносов с = 66, туфа = 78);

- плотность породы, кг/м^3;

,

где – л.н.с, м;

- высота трубы обрушения, м;

- радиус полости, м.

,

Высоту трубы можно определить и по следующей формуле:

,

Где - коэффициент, зависящий от свойства пород (для доломита 3,2, для туфа

Зона раздробленных пород = 1,4 ;

Зона трещиноватости = (3…4) .

В некоторых породах, таких, как каменная соль, труба обрушения не образуется.