2. Подводные взрывы. Характеристики вв, используемые при проведении подводных
взрывных работ.
Подводный взрыв - взрыв заряда взрывчатых веществ, размещённого под водой. Характеризуется слабым затуханием ударных волн вследствие малой сжимаемости водной среды. В результате подводного взрыва заряда взрывчатых веществ возникает газовый пузырь, давление внутри которого значительно выше, чем в окружающей среде. Расширяясь, газы образуют в воде ударную волну. Когда фронт ударной волны достигает свободной поверхности, вода, находящаяся под действием огромного давления за фронтом ударной волны, движется в сторону слабосопротивляющегося воздуха. При этом сначала наблюдается небольшой всплеск за счёт быстрого расширения сжатого поверхностного слоя воды, а затем начинается общий подъём всей массы воды, находящейся между её поверхностью и газовым пузырём. В результате этого возникает столб воды ("султан"), поднимающийся на значительную высоту над местом взрыва заряда.
Подводные взрывные работы впервые были проведены русским специалистом Н. Тарло в 1548-72 для улучшения судоходных условий на реке Неман. Научные основы теории и практики подводного взрыва были заложены русским специалистом М. М. Боресковым, под руководством которого в 1858 были выполнены работы по углублению взрывами канала Днепровского лимана.
Подводные взрывные работы проводятся для:
- при ведении дноуглубительных и руслоочистительных работ;
- строительстве и реконструкции инженерных сооружений;
- проходке траншей под инженерными коммуникациями;
- добыче полезных ископаемых со дна морей и водоёмов;
- разработки грунта под водой;
- сейсморазведке на акваториях;
- разрушения конструкций;
- штамповке взрывом металлических изделий;
- подрывания льда;
- уплотнения взрывами несвязных грунтов и каменных постелей;
Взрывные работы под водой выполняются методами скважинных, шпуровых и наружных (накладных) зарядов взрывчатых веществ, в некоторых случаях (при сейсморазведке, уплотнении грунтов, штамповке металлов) используются открытые или подвесные заряды взрывчатых веществ.
Метод накладных зарядов применяют при мощности снимаемого грунта (съёма) до 0,4-0,5 м и крепости взрываемых пород до VIII группы по СНиП, а также при взрывании песчаных перекатов, отдельных камней и элементов конструкций.
Шпуровые заряды используются при мощности съёма до 1-2 м, крепости пород свыше VIII группы.
Скважинные заряды — при съёме более 2,0 м пород любой крепости.
Качество дробления пород определяется способом её уборки и типом используемых землеуборочных механизмов. Как правило, глубина взрывного рыхления превышает мощность проектного съёма пород на 0,3- 0,5 м (багермейстерский запас). Расчётная линия наименьшего сопротивления принимается больше глубины рыхления на 0,2-0,4 м.
При подводном взрыве (по сравнению с наземным) удельный расход взрывчатых веществ повышается, зависит от способа размещения зарядов и типа взрываемых грунтов. В таблице 1 представлены сравнительные данные по расходу ВВ в зависимости от способа размещения зарядов и типов грунта при производствеподводных взрывных работ.
Таблица 1
Удельный расход
взрывчатых веществ при подводном взрывании, кг/м3
Горные породы |
Метод шпуровых и скважинных зарядов |
Метод накладных зарядов |
Песок плотный с галькой |
1.10 – 1.20 |
12 |
Суглинок плотный |
1.35 – 1.40 |
20 |
Глина плотная |
1.40 – 1.50 |
30 |
Скальные породы мягкие |
1.55 – 1.60 |
30 - 40 |
Скальные породы средней плотности (типа известняка) |
1.8 – 2.0 |
40 - 100 |
Скальные крепкие породы (типа гранитов) |
2.2 – 2.4 |
150 -250 |
Для проведения подводных взрывных работ применяются следующие взрывчатые вещества (ВВ):
- ВВ нормальной мощности (тротил, аммонал) – для подрыва металла, бетона, железобетона, камня, дерева;
- ВВ пониженной мощности (аммониты) – для подрыва металла, дерева,грунтов, льда, камня;
- ВВ метательные (на основе пироксилиновых порохов) – для подрыва грунта.
При выполнении подводных взрывных работ применяются водоустойчивые ВВ и неводо-устойчивые ВВ на основе аммиачной селитры. Водоустойчивые ВВ применяются в прессованном или патронированном виде, неводоустойчивые ВВ применяются с использованием специальной герметичной оболочке, создаваемой гидроизолирующим составом. Но чаще всего для производства подводного взрыва используются главным образом водоустойчивые виды взрывчатых веществ (например, тротил, алюмотол и гранулотол), взрывные характеристики которых в водонаполненном состоянии в 1,2-1,3 раза выше, чем в сухом виде, либо неводоустойчивые взрывчатые вещества в гидроизоляционных оболочках (аммонит № 6 ЖВ, гранулиты и др.). Основные ВВ, используемые при проведении ПТР представлены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристика водоустойчивых ВВ
Взрывчатое вещество |
Плотность, г/см3 |
Объем газов при взрыве, л/кг |
Теплота взрыва, Ккал/кг |
Температура взрыва, оС |
Скорость детонации, м/с |
Бризантность, мм |
Работоспособностьь, см3 |
Тротил чешуированный |
0.9 |
730 |
850 |
2950 |
4000 - 4500 |
6 - 8 |
270 - 300 |
Тротил прессованный |
1.5 |
730 |
1010 |
2950 |
5700 - 6000 |
22 - 24 |
270 - 300 |
Тротил гранулированный |
1.55 |
730 |
1010 |
2950 |
5000 - 6000 |
23 - 25 |
270 - 300 |
Бездымный пироксилиновый порох |
1.37 |
- |
- |
600 |
6000 |
14 |
370 |
Аммонит № 8 ЖВ |
1.1 |
945 |
1025 |
2600 |
3600 - 4200 |
14 - 16 |
360 -380 |
Аммонит № 7 ЖВ |
1.05 |
979 |
910 |
2300 |
3500 - 3900 |
13 - 15 |
350 - 370 |
Аммонит В-3 скальный |
1.0 |
910 |
1000 |
2300 |
3600 - 4000 |
14 – 16 |
360 - 370 |
Аммонит № 1 ЖВ прессованый |
1.5 |
830 |
1290 |
3400 |
6000 - 6500 |
23 - 27 |
450 - 480 |
Динафталит |
1.05 |
920 |
950 |
2650 |
3500 - 4500 |
15 - 16 |
320 -360 |
Детонит 6А |
1.1 |
845 |
1165 |
3200 |
4900 - 5200 |
- |
- |
Детонит 10А |
1.1 |
875 |
1174 |
3400 |
5100 -5400 |
16 - 20 |
420 - 450 |
Аммонал водоустойчивый |
1.05 |
845 |
1156 |
4000 |
4000 - 4500 |
16 -18 |
400 - 430 |
Динамит 62% труднозамерзающий |
1.45 |
634 |
1200 |
040 |
6000 - 7000 |
14 - 18 |
380 - 420 |
Победит ВП-2 |
1.2 |
790 |
910 |
2400 |
3800 - 4300 |
11 - 18 |
320 -340 |
По основному компоненту в составе ВВ промышленные взрывчатые вещества подразделяются на аммиачно-селитренные ВВ и ВВ, содержащие нитроэфиры, то есть нитроглицериновые (нитроэфирные).
Аммиачно-селитренные ВВ. Это механические смеси аммиачной селитры с другими взрывчатыми и невзрывчатыми веществами. К ним ВВ относят: аммониты, аммоналы, граммониты, гранулиты и водонаполненные ВВ.
Аммонитами называют механические смеси аммиачной селитры и тротила или аммиачной селитры и тротила с некоторыми другими взрывчатыми и невзрывчатыми добавками в порошкообразном виде.
Аммоналы представляют собой механические смеси на основе аммиачной селитры, тротила и алюминиевой пудры.
Аммониты отличаются сравнительно невысокой стоимостью, безопасностью в обращении. Они малочувствительны к огню, трению и удару. Водоустойчивым аммонитам присваивают индекс В (водоустойчивый) или ЖВ (первая буква индекса указывает на название гидрофобного вещества). Тротил (как и другие нитропроизводные ароматичного ряда) вводят в состав аммонитов для увеличения энергии взрыва и повышения чувствительности к начальному импульсу. Аммониты и аммоналы для выпускаются в порошкообразном или прессованном виде только патронированные.
Нитроэфирные (нитроглицериновые) ВВ. Называются так потому, что один из основных компонентов в их составе – нитроглицерин. Различают высоко- и низкопроцентные нитроэфирные ВВ.
К первой группе относят динамиты (желатинообразные ВВ с концентрацией жидких нитроэфиров более 50%). Первая группа ВВ довольно большая, но из-за опасности в обращении имеет весьма ограниченное применение. Из первой группы данных ВВ наиболее широко используется только 62%-ный динамит труднозамерзающий.
Ко второй группе относят детониты (низкопроцентные нитроглицериновые ВВ, содержащие до 10% нитроэфиров и имеющие вид жирного порошка серебристо-серого цвета) и углениты (предохранительные полупластичные селективно детонирующие ВВ, содержащие до 15% слабожелатинизированных нитроэфиров). Из второй группы нитроэфирных ВВ наиболее широко используются непредохранительные (детонит М) и предохранительные (углениты) взрывчатые вещества.
Детонит М по мощности не уступает динамитам, по условиям хранения и транспортирования приравнивается к аммонитам, в обращении он несколько опаснее их.
Углениты имеют хорошие детонационные свойства, их работоспособность 125...180 см3. Свободно подвешенные патроны массой 200 г при взрыве не вызывают вспышки метано- и пылевоздушной смесей. Однако эти ВВ маловодоустойчивые и при использовании их для проведения подводных взрывных работ они должны тщательно гидроизолироваться.
Изготовление зарядов для взрывных работ под водой
Основным компонентом промышленных взрывчатых веществ является аммиачная селитра. Взрывчатые вещества, содержащие аммиачную селитру, являются самыми дешевыми и широко используются в различных отраслях народного хозяйства. Применение аммиачной селитры в больших масштабах стало возможным после разработки и освоения промышленных методов получения аммиака и азотной кислоты из атмосферного воздуха. Для подводных взрывных работ успешно применяют водоустойчивые аммониты типа ЖВ. В настоящее время промышленность выпускает водоустойчивые аммониты в патронах, поэтому на местах проведения взрывных работ патронирование производят крайне редко. При необходимости заряды изготовляют в специальных оболочках на месте производства работ. При этом особое внимание обращают на состояние взрывчатого вещества. Если аммиачно-селитряные взрывчатые вещества отсырели или слежались, то их необходимо подсушить, измельчить и только после этого приступать к изготовлению заряда.
В зависимости от материала оболочки делят на мягкие (из ткани, бумаги, резины и др.) и жесткие (из стекла, металла и др.).При выборе оболочки для взрывчатых веществ необходимо учитывать время нахождения заряда в воде и глубину, на которой будет произведен взрыв. Если заряд должен находиться в воде несколько минут и глубина не превышает 5 м, можно применить любую оболочку.
Заряды в мягких оболочках из нескольких слоев пик- или крафт-бумаги применяют при глубине воды до 10 м и общей массе взрывчатых веществ не более 40 кг. В бумажный мешок или пакет вначале укладывают балласт (мелкие камни, песок), а затем заряд, обернутый тремя — пятью слоями бумаги. Внутрь заряда устанавливают электродетонатор или детонирующий шнур и выводят его к одной из стенок заряда. Завязывают мешок, тщательно его изолируют водоустойчивыми составами (битумом, смолой, воском и др.), особенно в местах ввода детонирующего шнура или провода электродетонатора, перевязывают шпагатом для удобства транспортировки и укладки на месте взрыва. К шпагату крепят провода от электродетонатора. При правильном изготовлении заряд изготовлен правильно, то во время проверки на балластировку он должен тонуть.
Для проведения взрывных работ на большой глубине из аммиачно-селитряных взрывчатых веществ изготавливают заряды в жестких оболочках (деревянных ящиках или бочках, металлической, стеклянной, керамической таре и т. п.). Деревянные ящики и бочки делают из сухого дерева, все щели тщательно конопатят, заливают горячим битумом или смолой. Взрывчатые вещества не должны перемещаться внутри ящика или бочки. Крышку и ввод детонирующего шнура тщательно герметизируют, заряд перевязывают шпагатом и проводят проверку на балластировку.
При подводных взрывах, необходимых для разделки на части судов и металлических конструкций, применяют заряды, изготовленные из отрезков металлических труб или пожарных шлангов (рукавов). Металлические трубы заполняют порошкообразным тротилом (глубина погружения таких зарядов не ограничена). Пожарные шланги начиняют аммиачно-селитряными взрывчатыми веществами (глубина закладки не должна превышать 10 м).
Оболочки зарядов, изготовленных из металлических труб и пожарных шлангов, должны быть надежно изолированы от воды. Для этого один из концов трубы или шланга забивают деревянным чопом (пробкой) и герметизируют горячим битумом или смолой. Пробку крепят бензелем или маркой из ворсы. Провода электродетонатора или детонирующий шнур пропускают через деревянную пробку, место ввода герметизируют.
При изготовлении заряда в пожарном шланге обязательно укладывают балласт.Для изготовления зарядов большой разрушительной силы используют различные металлические емкости (бочки, бидоны, банки и др). Перед изготовлением заряда проверяется герметичность емкости (заполнив ее водой). В середину заряда помещают патрон-боевик. Для ввода проводов к крышке припаивают металлические трубки диаметром 3—5 мм и длиной 6—10 см, место ввода герметизируют.
Для гидроизоляции оболочек зарядов используются следующие рецептуры составов, представленные в таблице 3.
Таблица 3
Рецепты гидроизолирующих составов для оболочек неводоустойчивых ВВ
Температура воздуха, оС |
Гидроизолирующий состав в % по весу |
||
Нефтебитум |
Солидол |
Клебемасса* |
|
t 0 |
95 |
5 |
- |
0 t 20 |
100 |
- |
- |
5 t 20 |
- |
- |
100 |
*Клебемассой называется смесь из препарированных каменноугольных и нефтегазовых дегтевых продуктов.
Тротил при проведении подводных работ применяется в виде прессованных шашек (табл. 4).
Таблица 4
Характеристики тротиловых шашек и пластита-4, применяемых для взрывных работ
