Тема 2 Специальные виды взрывных работ в народном хозяйстве

Лекции по предмету

Специальные виды взрывных работ

Тема 1 Введение

1.1 Основные понятия и область применения. Область применения взрывных работ в народном хозяйстве чрезвычайно обширна и она постоянно расширяется. Это объясняется тем, что выделяемая при взрыве мощность огромна, поэтому взрывные работы наиболее широко применяются для разрушения крепких горных пород и перемещения огромных масс на относительно небольшие расстояния.

Например, в 2002 г. взрывные работы и работы со взрывчатыми материалами выполняли 1086 предприятий и организаций Российской Федерации. Хранение ВВ и средств инициирования осуществлялось на 1055 складах взрывчатых материалов. Функционировали 280 оборудованных площадок для приема взрывчатых материалов с заводов-изготовителей, 19 комплексов для механизированной подготовки ВВ к применению и 66 пунктов, на которых предприятиями-потребителями в течение года изготовлено 409,3 тыс. т ВВ, что на 13,2% больше, чем в 2001 г., а доля их от общего объема потребления ВВ составила 58%, в 2001 г. – 51,6%. В 2002 г. было израсходовано 705,5 тыс. т, а число использованных детонаторов составило 30,72 млн. штук, по сравнению с 2001 г. снизилось на 9,8%. Это говорит о переходе от огневого взрывания на более безопасные способы взрывания. Потребление детонирующих и огнепроводных шнуров составило 107,7 млн. м (в 2001 г. – 114,0 млн. м). Численность исполнителей взрывных работ в 2002 г. составила 10,9 тыс. человек, а к обращению с ВМ имели доступ 47,7 тыс. трудящихся, в 2001 г. – 50,5 тыс. человек.

Особое внимание должно уделяться учету наличных ВМ. В 2002 г.было выявлено 36 утрат и 29 хищений ВМ в организациях, ведущих взрывные работы, в 2001 г. соответственно 52 и 41. Основное количество хищений ВМ (15 из 20) произошли с места ведения горных работ (10 в подземных горных выработках, 4 – на открытых разработках). Практически все хищения совершены лицами, связанными по роду своей деятельности с обращением с ВМ или имевшими к ним доступ.

Колоссальное давление, развиваемое при взрыве, позволяет использовать взрывные технологии в таких областях промышленности, как упрочнение поверхности металлов, а также сварки различных материалов, соединение которых другими способами пока что невозможно.

Широкое распространение в промышленности получает применение кумулятивных удлиненных зарядов для образования отверстий в трубах, листах, резки металлических конструкций, разрушения промышленных соединений.

Тема 2 Специальные виды взрывных работ в народном хозяйстве

2.1. Взрывание скальных перемычек, используемых в гидротехническом строительстве для изоляции котлована от водоема или водотока. Перемычки могут быть скальными в виде участков естественного массива и насыпными грунтовыми или грунтовыми с камненабросной пригрузкой. После завершения строительных работ в котловане перемычки взрывают.

При этом применяют взрывы: на рыхление с последующей выемкой грунта экскаваторами; на выброс — для образования первоначальной прорези, расширение которой производится водным потоком; на выброс и рыхление — для образования первоначальной прорези и облегчения размыва остальной части перемычки; на полный выброс небольших по протяженности перемычек.

Перемычки взрывают в относительно стесненных условиях, когда требуется ограничивать дальность разлета породы, учитывать действие воздушной и сейсмических волн.

Для бурения скважин в скальных перемычках применяют легкие шарошечные или станки ударных способов бурения. В перемычках грунтовых эффективно применение шнековых станков; в каменно-набросных перемычках бурение скважин наиболее сложно и осуществляется с обсадкой скважин металлическими трубами.

Выбор бурового оборудования может быть произведен на основе изучения исполнительных чертежей на строительство перемычек, по которым устанавливаются: материал, из которого состоит перемычка, конфигурация и размеры перемычки (продольный и поперечные профили); ситуационный план местности с нанесенными объектами, подлежащими защите от воздействия воздушной и сейсмических волн и разлета кусков.

При взрывании применяют, как правило, вертикальные скважины. Если они не обеспечивают проработку СПП, то их применяют в сочетании с наклонными скважинами. При взрывании глубина рыхления принимается на 0,5—1 м ниже проектного дна, при этом учитывается трудность выемки горной массы из-под воды. Для скважин, пробуренных у откоса перемычки, подпертого водой, сетка скважин уменьшается до 0,5 — 0,7 расчетной. Взрывание — короткозамедленное, порядное или по волновой схеме, с помощью детонирующего шнура и КЗДШ.

При взрывании на выброс осевой прорези в перемычках, если глубина прорези не превышает 4 м, следует применять вертикальные скважинные заряды выброса, расположенные в один ряд по оси прорези. Если ее глубина больше 4 м, применяют сосредоточенные заряды выброса, размещаемые в скважинах увеличенного диаметра.

Для объектов площадки, попадающих в опасную зону по воздушной волне p_i разлету кусков, предусматриваются специальные меры защиты. Так, для защиты от действия воздушной волны выставляют оконные рамы или укрывают их щитами. Для защиты от разлета кусков породы наиболее ответственные части объектов (механизмы, трансформаторы, колонны и т. п.) закрывают бревенчатыми щитами.

2.2. Обрушение неустойчивых частей массивов, под которыми понимаются нависающие части скальных массивов в крутых склонах, подсеченные тектоническими трещинами, трещинами напластования или крупные глыбы, способные к обрушению. Уположение скальных откосов и склонов следует производить в тех случаях, когда по условиям общей или местной устойчивости крутизна их превышает допустимую, установленную расчетом.

Схемы обрушения неустойчивых массивов: 1 - контурные скважины; 2 - скважина подбоя или малокамерный заряд, или шпуры; 3 - заряд рыхления.

Выполнение очистки скальных откосов (склонов) от неустойчивых в обвальном отношении обломков должно проектироваться поэтапно в зависимости от степени опасности, которая выявляется в результате предварительного осмотра откосов (склонов) обборщиками (верхолазами). При проектировании взрывных работ для принудительного обрушения неустойчивых скальных массивов на откосе или склоне необходимо предусматривать применение шпуровых или скважинных малокамерных зарядов (рукавов) с расположением скважин (шпуров) по контуру откоса. В случае небольшой мощности массива или мелкоблочной его структуры для обрушения достаточно взрыва скважин, расположенных по контуру откоса. При большой мощности массива или крупноблочной его структуре, кроме контурных и подбойных зарядов, необходимо применять заряды рыхления, располагаемые в середине массива. Выполнение взрывных работ по принудительному обрушению должно производиться в полном соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах». Они должны согласовываться с организациями, объекты которых расположены в опасной зоне. В качестве взрывчатых веществ для скважин следует применять сыпучие ВВ средней мощности, а для шпуровых зарядов патронированные взрывчатые вещества. В обводненных скальных массивах следует применять водоустойчивые ВВ.

2.3. Взрывное образование камуфлетных полостей, применяемое при сооружении подземных емкостей для хранения жидкостей и газов, ям под столбы и опоры. Камуфлетный взрыв – подземный взрыв, не сопровождающийся образованием воронки на поверхности. При взрыве камуфлетного заряда в породном массиве на стенки зарядной полости действует динамический удар. В горной породе возникают волновые явления, интенсивные у заряда и ослабляющиеся по мере удаления от него. В породном массиве образуются зоны: сжатия (вытеснения и уплотнения), трещинообразования (разрывов, сотрясения и растрескивания) и сотрясения. Первая зона весьма мала и не имеет четкой границы с зоной трещинообразования, поэтому целесообразно рассматривать зоны вытеснения и разрывов совместно как одну общую зону – зону разрушения. Иногда при определенном соотношении между зарядом и расстоянием его до открытой поверхности образуется еще зона отколов. Процесс разрушения породы, согласно теории Г.И. Покровского, идет следующим образом: в момент взрыва удар газов взрыва разрушает и вытесняет некоторый слой породы, прилегающий к заряду, образуя полость – зону вытеснения или котел. Раздавленная и вытесненная порода вдавливается в стенки котла, которые вследствие этого представляют собой слой раздавленной и уплотненной породы. Возникшая в момент взрыва ударная волна перемещается радиально в массиве породы за пределы котла, вызывая смещение частиц породы в радиальном направлении. В результате радиального перемещения частиц и слоев породы в ней возникают действующие в тангенциальном направлении усилия растяжения и сдвига. Они вызывают образование сети радиальных и кольцевых (прерывистых сферических) трещин.

Таким образом, в пределах зоны разрушения в начале (от центра) располагается слой бесструктурной, раздавленной и уплотненной породы с частыми и широкими трещинами разрывов и сложений. Он постепенно переходит в породу, сохранившую свою структуру в отдельных частях, но также пронизанную сетью радиальных и сферических трещин. По мере удаления от центра трещиноватость уменьшается. Четкой наружной границы зона разрушения не имеет. С удалением от очага взрыва ударная волна затухает и переходит в волну напряжений, распространяющуюся со звуковой скоростью, которая на некотором расстоянии ослабевает. Эта зона (зона сотрясений) не имеет четко выраженных внутренних и наружных границ.

Эффект котлообразования применяют и при проходке глубоких колодцев и небольших стволов в мягких породах. Например, ствол глубиной 54 м и диаметром 5,2 м на Юрковском буроугольном карьере (Россия) был пройден путем вытеснения и уплотнения грунтов при внутреннем действии взрыва заряда в пробуренной скважине. Опыты проведения таким способом шурфов на глубину до 60 м были и в Кузбассе. При этом срок поведения шурфа сокращался на 20...40%, а стоимость проходки и крепления выработки – на 10...30%. Методом уплотнения мягких грунтов взрывом создают и полости больших размеров для хранения нефти.

Одно из перспективных направлений создания подземных газонефтехранилищ – использование камуфлетных ядерных взрывов. Примером могут служить экспериментальные взрывы "Рейнер", "Хардхет", "Гном", "Соломон" и другие, проведенные в США. Однако применение промышленных ядерных взрывов в широких масштабах сдерживается на современном уровне развития техники двумя отрицательными факторами: радиоактивным заражением среды и значительным сейсмическим эффектом.

2.4. Посадка насыпей на болотах, когда вначале взрывом разрушается и удаляется плотный верхний слой болота до отсыпки насыпи, а затем взрывом удаляется слой торфа между насыпью и твердым дном. Проект взрывных работ на болотах должен отражать мероприятия по предупреждению взрыва горючих газов. При производстве взрывных работ огневое взрывание разрешается только при одиночном заряде. При взрывании с применением электродетонаторов или капсюлей-детонаторов необходимо использовать боевики в специальной оболочке, не передающей давление на детонатор при нажатии на боевик забойником. Заряжание скважин (шпуров) при взрывании детонирующим шнуром допускается проводить непосредственно вслед за бурением. В скважину (шпур) одновременно можно досылать не более двух патронов ВВ без средств инициирования. Монтаж электровзрывной сети в обводненных условиях разрешается выполнять только с применением антенных проводов.

2.5. Взрывные работы в лесном хозяйстве, где с их помощью ведется корчевка пней для очистки площади, а также тушение лесных пожаров в аварийном порядке. Известно, какую тяжёлую и трудоёмкую работу представляет корчёвка пней, когда она производится вручную. При взрывной корчёвке в почве у пня бурят углубление так, чтобы конец его оказался под пнём. В это углубление вводят заряд взрывчатого вещества и свободную часть углубления плотно засыпают землёй. Взрыв не только вырывает пень из земли, но и в той или иной степени расщепляет его, облегчая последующее использование пня. Корчёвка пней обычно производится не только для расчистки площадей лесосек, но и для использования получаемой древесины как топлива или как сырья для лесохимической промышленности.

Корчёвка пней взрывным способом.

При очистке дна Цимлянского моря нужно было выкорчевать громадное количество пней; некоторые из них были толщиной до 3 метров. Вырвать такие огромные пни из земли не могли самые мощные тракторы. Для корчёвки были применены взрывчатые вещества, и сто пятьдесят тысяч пней за короткое время было удалено со дна будущего моря.

В горных районах при помощи взрывчатых веществ производят подготовку почвы под сады и виноградинки. Взрывным способом быстро вырывают ямки для посадки деревьев; при этом рост деревьев, посаженных взрывным способом, идёт быстрее, так как взрыв разрыхляет почву и, кроме того, некоторые продукты взрыва могут оказывать полезное влияние на рост дерева, действуя как удобрение.

Взрывные работы при борьбе с лесными пожарами.

При борьбе с лесными пожарами взрывные работы проводятся для создания:

- опорных полос для отжига перед кромкой пожара, противопожарной валки деревьев и корчевки пней;

- в лесу заградительных канав и иных противопожарных инженерных сооружений.

Взрывные работы по локализации и тушению лесных пожаров должны проводится в районах, удаленных от населенных пунктов, где своевременное тушение лесных пожаров другими способами не может быть обеспечено.

Взрывные работы по локализации или тушению лесных пожаров необходимо выполнить путем прокладки опорных минерализованных полос перед фронтом огня, взрыванием серии шпуровых зарядов с глубиной шпуров до 0,7 м, расположенных в линию с интервалом 2-5 м или взрыванием наружных удлиненных зарядов.

Для обеспечения большей безопасности при взрывании каждая группа взрывников обеспечивается рациями не менее 3 на группу (плюс звуковые сигналы).

В зависимости от скорости прокладки опорных полос при всех способах взрывания следует отступать от кромки огня на расстояние, при котором полностью обеспечивается безопасность взрывных работ от надвигающегося фронта пожара, данное расстояние определяется непосредственно руководителем взрывных работ.

Безопасные расстояния для людей по поражающему действию осколков и обломков, разрушаемых взрывами материалов при прокладке опорных полос в ходе тушения лесных пожаров должно определяться по проекту, и в любом случае составлять не менее 50 м.

При этом допустимое минимальное расстояние 50 м при прокладке минерализованной полосы принимается только в том случае, когда минерализованная полоса прокладывается в лесу при полноте древостоя не менее 0,8. В тех случаях, когда заградительная полоса прокладывается на открытой местности, минимально допустимая величина радиуса опасной зоны должна составлять не менее 200 м.