2.3. Tác dụng phá hoại của sóng xung kích đến môi trường đá xung quanh
2.3.2. Phá vỡ đất đá
2.3.2.2. Phá vỡ đất đá nứt nẻ
Đất đá nứt nẻ bị phá vỡ do tác dụng của áp lực khí nổ và của sóng ứng suất. Sự phá vỡ được lan truyền ngược nhau từ buồng mìn và từ bề mặt tự do.
Dưới tác dụng của áp lực cao của khí nổ tại vị trí đặt thuốc tạo thành buồng nổ, vùng đất đá bị phá vỡ phân bố xung quanh buồng đó.
Những khe nứt của đất đá là những bề mặt phân chia nó, trở thành sự lan truyền quá trình phá vỡ. Ở bề mặt của mỗi nứt nẻ ứng suất trong sóng giảm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của nó.
3 1 2
p
f
3
6 7 4
5
Hình 2.11: Sơ đồ trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc trong đất đá nứt nẻ.
1 – Đất đá không nứt nẻ;
2 – Đất đá nứt nẻ;
3 – Bề mặt nứt nẻ trong đất đá;
4 – Sóng tới (nén);
5 – Sóng phản xạ;
6 – Bao thuốc nổ thật;
7 – Bao thuốc nổ ảo.
Khi chiều sâu đặt thuốc lớn, trên bề mặt thoáng phát sinh dao động chấn động.
Cuối giai đoạn tác dụng nổ những phần tử hướng tâm của trạng thái ứng suất biến dạng, cũng như biên độ chuyển dịch của các phần tử trên bề mặt lượng thuốc có giá trị lớn hơn hai lần so với ở độ sâu W dưới lượng thuốc nổ.
Tốc độ và biên độ dịch chuyển của các phần tử ở bề mặt tăng lên, khi đạt trị số WP*Pnhất định thì trên bề mặt đất đá bị vỡ nứt.
r r
W = nd =
2
* 0,7.2. σ
σ (2-15)
Sóng chấn động truyền đến mặt thoáng thì phản xạ lại dưới dạng sóng căng.
1 2
3
t1 t2
t3 5
4
6
Hình 2.12. Sơ đồ phản xạ của sóng chấn động từ mặt thoáng 1 – Mặt thoáng; 2 – Lượng thuốc nổ; 3 – Buồng nổ;
4 – Biên độ cực đại của sóng chấn động;
5 – Sóng chấn động nén tại thời điểm t1, t2;
6 – Sóng phản xạ tại thời điểm t3.
Khi chiều sâu đặt thuốc đủ lớn thì ứng suất hướng tâm σRtRtrong sóng phản xạ nhỏ hơn σRkR. Khi giảm W trị số σRtRtăng và khi WP*P = rP*P thì σRrR = σRkR, và đất đá vỡ do sóng phản xạ.
Đối chiếu thấy rP*P > rR0Rdo đất đá bị phá vỡ nứt trước khi tạo thành nứt nẻ hướng tâm.
Khi nổ trong khối đất đá nứt nẻ thì ở bề mặt vết nứt xảy ra quá trình vỡ đất đá nếu chiều rộng của nứt nẻ > 1mm (để đảm bảo sự phản xạ của sóng). Do nứt nẻ có thể phân bố dưới những góc khác nhau so với hướng sóng tới và bề mặt nứt nẻ có thể nhỏ hơn 1mm nên sự vỡ lở ở bề mặt nứt nẻ không phải lúc nào cũng xảy ra. Trị
số rP*P là bán kinh vùng đập vỡ không điều chỉnh, nghĩa là vùng trong đó có thể không xảy ra sự phá vỡ.
Đối với lượng thuốc nổ dài:
rP*P = 0,7.rR2R(σRndR/σRkR)P2P (2-16)
So sánh (2-15) và (2-16) thấy rằng bán kính vùng đập vỡ không điều chỉnh khi nổ lượng thuốc dài lớn hơn khi nổ lượng thuốc tập trung.
Tiếp tục giảm chiều sâu đặt thuốc cho đến khi W < rR0Rthì sự phân bố đối xứng trạng thái ứng suất biến dạng gần lượng thuốc bị thay đổi. Vùng nứt nẻ hướng tâm có dạng quả lê và theo hướng của đường kháng nhỏ nhất nứt nẻ phát triển mạnh (khi WRrR = 2rR0R). Trên đường đó ứng suất kéo tiếp tuyến và hướng tâm đạt được giá trị cực đại. Chính vì thế mà nứt nẻ phá vỡ phát sinh đầu tiên trên đường kháng nhỏ nhất.
Nếu W = 2.r0 thì tạo thành những nứt nẻ vòng, những nứt nẻ này tạo ra phễu nổ văng xa làm vỡ lở đất đá.
Như vậy, khi nổ thuốc gần mặt thoáng có thể phân thành 4 trường hợp sau:
- W>rP*P (Trong đó rP*P là chiều sâu đặt thuốc lớn hơn bán kính vùng đập vỡ không điều chỉnh): Nổ nén ép, không thể hiện sự phá vỡ nào trên bề mặt.
- rP*P≥W≥2rR0R (rR0R – bán kính ngoài cuối cùng của vùng nứt nẻ hướng tâm): đất đá trên bề mặt tự do bị vỡ lở.
- 2r0 ≥W > 2.r0 : Đất đá ở bề mặt tự do bị phá vỡ lở và tạo thành nứt nẻ theo đường kháng nhỏ nhất (vùng nứt nẻ hướng tâm và vùng đập vỡ nhỏ đất đá có dạng quả lê).
- 2r0 ≤ 2.r0 : Tạo ra phễu nổ văng xa và đất đá văng đi theo nguyên lý định hướng sau đây:
+ Đất đá được văng đi mạnh nhất và tập trung nhất theo phương đường cản ngắn nhất (đường thẳng qua tâm khối thuốc nổ và vuông góc với mặt thoáng).
+ Mặt thoáng không những có tác dụng tăng cường khả năng đập vỡ đất đá khi nổ phá, tập trung nhiều năng lượng thuốc nổ hơn để văng đất đá đi xa mà còn có tác dụng định hướng cho chúng văng tập trung vào một phạm vi hẹp.