Подводное взрывание

Одной из многочисленных областей применении энергии взрыва является дробление и перемещение горных пород под водой. Необходимость этой операции связана с разработкой месторождений твердых полезных ископаемых на дне морей и океанов, со строительством и углублением портов и каналов, проходкой подводных траншей для трубопроводов и с другими видами работ. Подводный взрыв может служить как для дробления горных пород с последующей экскавацией, так и для перемещения их (взрывы на выброс). Зачастую, несмотря на высокий расход ВВ и повышенный объем бурения, взрывы на выброс более экономичны, так как исключают дорогостоящие в подводных условиях выемочные и транспортные работы.

Влияние водной среды на процесс разрушения. Основными факторами, определяющими действие воды на взрывную волну, являются: рассеяние энергии волны напряжения на контакте порода-вода; гидростатическое давление, препятствующее сдвижению границы разрушаемого массива.

Потеря энергии из-за рассеяния волны напряжения в слое покрывающего материала зависят от отношения акустических жесткостей среды и воды m = ρ₀*c₀/ρ*c, где ρ₀, c₀ и ρ_, c – соответственно плотность и скорость звука в среде и воде.

К примеру, для границы раздела гранит – вода при m = 7 теряется 44% энергии взрывной волны. Чем больше акустическая жесткость породы, тем меньше энергии волны напряжений рассеивается в воде.

Влияние гидростатического давления в процессе разрушения. На первоначальных стадиях развития взрыва оно оказывает положительное действие, препятствует процессу раскрытия трещин, что обеспечивает более полное прохождение волны напряжений во все точки массива.

Но в последующие моменты, при раскрытии трещин и сдвижений массива под воздействием взрыва, гидростатическое давление играет отрицательную роль, так как необходима дополнительная энергия на его преодоление. При этом вода при больших скоростях нагружения (смещения) приближается по своим свойствам к несжимаемому телу (особенно в начальной стадии) и резко ухудшает эффективность разрушения пород с увеличением глубины. Максимальная эффективность взрыва достигается лишь при свободной подвижке породы по направлению ЛНС.

Технология бурения и заряжания. Под водой применяется техника, аналогичная наземной, с поправкой на более высокую плотность среды, в которой выполняется работа. Применяют три варианта ведения буровзрывных работ: 1) для бурения и заряжания скважин (шпуров) используют бурильные молотки или гусеничные буровые установки; 2) бурение и заряжание с платформ или плавучих барж; 3) размещение зарядов на дне водоема, т.е. взрывание наружными зарядами.

Воздействие взрыва на окружающую среду. Основными вредными воздействиями подводных взрывов на окружающую среду являются: гидроударная волна, сейсмическое давление, загрязнение ядовитыми взрывчатыми веществами, продуктами взрыва и донными отложениями. Для небольших водоемов может быть значительным воздействие гравитационной волны.

2.9. Взрывные работы при добыче штучного камня. Штучный камень условное название изделий из природного камня, в основном в виде блоков в форме прямоугольника параллелепипеда, используемых в естественном виде в строительстве и учитываемых при добыче в штуках (отсюда и название) или в м³. В горной породе методом бурения проделывается глубокое отверстие, куда закладывают заряд и подрывают. Среди отколовшихся кусков породы отбираются самые большие глыбы, которые потом распиливаются на плиты. Плюсы такого способа добычи камня заключаются в том, что он крайне дешёв. Но минусы перевешивают этот плюс. Во-первых, страдает качество добытой породы: во время взрыва в структуре камня возникают микротрещины, которые влияют на прочность материала. Во-вторых, такой способ разработки месторождения крайне нерационален, так как при взрыве порода крошится: большие глыбы, пригодные для распилки, составляют не более 70%, а остальные 30% идут в отходы.

2.10. Обработка металлов взрывом. Импульсные взрывные нагрузки позволяют реализовать при обработке металлов физические явления, не используемые в традиционных технологиях сварки, штамповки, упрочнения, резки, пробивания изделий. Сварка взрывом (взрывная сварка) - сравнительно новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена.

Сущность способа заключается в использовании энергии взрыва, осуществляемого применением взрывчатки. На соединяемые поверхности мгновенно действует образующаяся при взрыве упругая ударная волна, под действием которой происходит соударение свариваемых частей и их прочное соединение. Этим способом сваривают и разнородные металлы, например, медь со сталью, никель со сталью, медь с алюминием, титан с ниобием и другие трудно поддающиеся обычной сварке металлы. Полученную взрывом заготовку можно прокатать в листовой биметалл.

В современных процессах металлообработки взрывом применяют заряды взрывчатого (ВВ) вещества массой от нескольких граммов до сотен килограммов. Большая часть энергии, выделяющейся при взрыве, излучается в окружающую среду сейсмических возмущений, разлета осколков. Поэтому сварку взрывом производят на полигонах (открытых и подземных), удаленных на значительные расстояния от жилых и промышленных объектов, и во взрывных камерах.

Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла. В результате деформации и нагрева развиваются физический контакт, активация свариваемых поверхностей и образуются соединения.

Таким образом, реализуется известная способность металлов образовывать прочные металлические связи в твердой фазе при создании между соединяемыми поверхностями физического контакта и условий для электронного (химического) взаимодействия между ними. Требующаяся для второй стадии процесса энергия активации обеспечивается за счет работы пластической деформации и вызываемого ею нагрева. Объемная диффузия из-за скоротечности процесса, даже несмотря на нагрев, развиваться не успевает, что позволяет широко применять сварку взрывом для соединения разнородных металлов и сплавов — граница раздела металлов обычно резко выражена и имеет вид регулярных синусоидальных волн.