Evaluation of blast wave parameters within the near-explosion zone in the process of rock breaking with borehole charges

User Rating:  / 0


V. V. Sobolev, Dr. Sc. (Tech.), Prof., orcid.org/0000-0003-1351-6674, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e‑mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

V. V. Kulivar, orcid.org/0000-0002-7817-9878, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e‑mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

O. L. Kyrychenko, Cand. Sc. (Tech.), orcid.org/0000-0002-1331-9323, State Enterprise “Research-Industrial Complex “Pavlohrad Chemical Plant”, Pavlohrad, Dniproperovsk Region, Ukraine

A. V. Kurliak, orcid.org/0000-0001-8704-3414, State Enterprise “Research-Industrial Complex “Pavlohrad Chemical Plant”, Pavlohrad, Dniproperovsk Region, Ukraine

O. O. Balakin, orcid.org/0000-0003-2003-0381, State Enterprise “Research-Industrial Complex “Pavlohrad Chemical Plant”, Pavlohrad, Dniproperovsk Region, Ukraine

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, (2): 47-52

 повний текст / full article



Purpose. To analyse the experimental results, to describe physical mechanism of blasted rock disintegration and develop methodology to calculate blast-wave parameters within the near-explosion zone, and to study possible role of thermoelastic stresses in rock fragmentation to ultradisperse fractions in the near-explosion zone.

Methodology. The experiments involved a method to measure dynamic compressibility of bituminous coals based on the determination of both velocity of blast waves and mass velocity of particles beyond the front. A reflection method is used to construct isentropes of the explosive detonation products and their impact adiabat.

Findings. Experimental studies are carried out to analyse compressibility parameters of bituminous coals – blast wave velocity and mass velocity of particles beyond the blast wave front. Impact adiabats for emulsion explosive ЕРА Р-3 and bituminous coals are constructed. A set of theoretical studies is performed.

Originality. Methodology to evaluate blast-wave parameters within the zone near the borehole or blasthole charge explosion is proposed. Physical mechanism for rock breaking to ultradisperse particles is proposed. It has been specified that thermoelastic stresses may be one of the possible causes, if not the main one, of the rock breaking within the near-explosion zone. A mechanism stipulated by the transition of microstructure of the rock crystalline components to the instable state is considered as the alternative (or additional) factor. The cause is in the oversaturation of the rock microstructure with the linear and point defects. Exceeded value of critical concentration of those defects results in the excessive reserves of internal energy with the following spontaneous breaking of chemical bonds. Impact adiabats of coking coals of three grades as well as isentrope and impact adiabat of the detonation products of emulsion explosive ЕРА Р-3 are constructed. In terms of the “pressure – mass velocity of particles” coordinates, curves of adiabats of the bituminous coals differ by not more than 4 %.

Practical value. Analysis of the scientific results may be the required condition to develop additional safety measures in the sphere of environmental protection during blasting operations in terms of open-pit and underground mining.


1. Efremov, E. I., Petrenko, V. D., & Pastukhov, A. I. (1990). Prediction of blasting rock fragmentation. Monograph. Kiev: Naukova Dumka. Retrieved from http://irbis.fips.ru:8080/cgi-bin/irbis64r_out/cgiirbis_64.exe.

2. Krysin, R. S., & Novinskii, V. V. (2006). Rock blasting models. Monograph. Dnepropetrovsk: Art-Press. Retrieved from

3. Voitenko, A. E. (1990). Thermoelastic stresses behind a shock wave in a solid. Izvestiia vuzov. Gornyi zhurnal, (4), 58-61.

4. Howard, V. (2009).  Statement of Evidence: Particulate Emissions and Health (An Bord Plenala, on Proposed Ringaskiddy Waste-to-Energy Facility).

5. Sobolev, V. V., Bilan, N. V., Baskevich, A. S., & Stefanovich, L. I. (2018). Electrical charges as catalysts of chemical reactions on a solid surface, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 50-58. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-4/7.

6. Krasnopolskii, I. A., & Klimenko, A. A. (2009). Waste generation during blasting of non-metallic minerals and some methods for its regulation, forecasting and reduction. Ekolohiia i pryrodokorystubvannia12, 114-121.

7. Efremov, E. I., Nikolenko, E. V., & Barannik, V. V. (2015). Method for effective blasting of flooded rocks in non-metallic quarries. Geotekhnichna mekhanika, (125), 137-145.

8. Vinogradov, Yu. I., & Paramonov, G. P. (2007). On the distribution of rock destruction products. Zapiski gornogo instituta171, 161-166.

9. Kaplunov, D. R., Voronkova, Yu. A., & Borodkina, N. N. (2018). Methodological principles of comprehensive assessment of air pollution in a mining region. Izvestiia Tula GU. Nauki o zemle, (2), 23-14.

10. Doludarev, V. N. (2014). The impact of shells of cylindrical overhead charges on crack formation in solid media. Suchasni resurso-zberihaiuchi tekhnolohii hirnychoho vyrobnytstva, Kremenchuh: KrNU, 1(13), 57-62.

11. Kurinnoi, V. P. (2018). The theoretical foundations of blasting rock destruction: monograph. Dnepr: Izd-vo Natsionalnyi gornyi universitet (NGU). ISBN 978-617-579-087-8.

12. Nifadiev, V. I., Kovalenko, V. A., Raiymkulov, M. A., Komissarov, P. V., & Basakina, S. S. (2018). Gas-dynamic instability during blasting of a borehole charge dispersed by air gaps as a cause of the initial network of cracks in the rock. Vestnik Kyrgyzsko-Rossiiskogo Slavianskogo Univarsiteta18(4), 175-179.

13. Prokopenko, V. S. (2017). Destruction of rocks by borehole charges of explosives in the gopher hole: monographKiev: Ihor Sykorskyi KPI: Politekhnika. ISBN 978-966-622-850-8.

14. Malygin, O. N., Sytenkov, V. N., Rubtsov, S. K., & Dzhos, V. F. (2002).  The main ways to reduce dust and gas emissions during large-scale blast in the Muruntau quarry. Gornaia promyshlennost4, 24-27.

15. Petelin, E. A. (2013). On the criterium for rational energy saturation of rocks. Naukovi pratsi DonNTU. Seriia “Hirnycho-heolohichna”2(19), 19-23.

16. Voitenko, A. E., Sobolev, V. V., Prokudin, A. Z., Chebenko, L. Yu., & Kirichenko, A. L. (2013). Possible cause of rock crushing in the near explosion zone. In Vysokoenergeticheskiie sistemy, protsessy i ikh modeli, (pp. 247-254). Dnepr: Aktsent PP. ISBN 978-966-2607-70-3.

17. Sobolev, V. V., Taran, Yu. N., & Gubenko, S. I. (1993). Synthesis of diamond in cast iron. Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 1, 2-6.

18. Sobolev, V. V., Taran, Y. N., & Gubenko, S. I. (1997). Shock wave use for diamond synthesis. Journal De Physique. IV: JP7(3), C3-73–C3-75.

19. Kalinichenko, A. S., Kalinichenko, V. A., Niss, V. S., & Gri­giriev, S. V. (2014). Stability of microstructure of quenched aluminum alloys. Litiio i metallurgiia, 1(74), 93-96.

20. Brovin, V. E., & Menzhulin, M. G. (2006). Calculation of dissipation energies and parameters of stress waves during blasting of cylindrical explosive charges in rock. Zapiski Gornogo instituta167(2), 83-85.

21. Trunin, R. F. (Ed.) (1992). Properties of condensed matter at high pressures and temperatures. Arzamas-16: Vsesoiuznyi NII eksperimentalnoi fiziki.

22. Sobolev, V. V., Kulivar,V. V., Melnikov, D. V., & Kirichenko, A. L. (2018). Estimation of parameters of rock shock compression during contact dennotation of explosive charge. In Perspektyvy rozvytku budivelnykh tekhnolohiiDnipro NHU, 12 th International scientific and practical conference for young scientists, graduate students and students, (pp. 132-135). Retrieved from http://ir.nmu.org.ua/handle/123456789/152335. 

23. Danilenko, V. V. (2010). Blasting: physics, engineering, technology. Moscow: Energoatomizdat. ISBN 978-5-283-00857-8.

24. Soboliev, V., Bilan, N., & Samovik, D. (2013). Magnetic stimulation of transformations in coal. In Mining of Mineral Deposits, (pp. 221-225). Leiden: CRC Press/Balkema.

25. Rudakov, D., & Sobolev, V. (2019). A Mathematical Model of Gas Flow during Coal Outburst Initiation. International Journal of Mining Science and Technology, 791-796. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2019.02.002.

26. Molchanov, O., Rudakov, D., Sobolev, V., & Kamchantnyi, O. (2018). Destabilization of the hard coal nanostructure by a weak electric field. E3S Web of Conferences 60. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000023.

27. Sobolev, V. V., Rudakov, D. V., Molchanov, O. M., Stefanovych, L. I., & Kirillov, A. K. (2019). Physical and chemical transformations in gas coal samples influenced by the weak magnetic field. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 52-58.https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-6/8.

28. Surov, V. S. (1997). Calculation of the interaction of an air shock wave with porous material. Vestnik Cheliabinskogo Universyteta, 6.Fizika, 124-134.

Tags: explosionrockimpact adiabatisentrope of explosion productsthermoelastic stresses

Related news items:

Newer news items:

Older news items: