книги из ГПНТБ / Строительство ирригационных каналов и котлованов взрывами на выброс

Наиболее низкий показатель имеет игданит, изготовляемый на месте работ из гранулированной аммиачной селитры и дизельного топлива; из взрывчатых веществ заводского изготовления — гра­ нулит С-2 М и АС-4.

С учетом изложенных данных в таблице 7 приведены реко­ мендуемые для взрывной проходки выемок каналов в сухих связ­ ных грунтах взрывчатые вещества и их основные свойства.

При взрывании в обводненных зарядных траншеях наряду с водоустойчивыми взрывчатыми веществами заводского изготовле­ ния можно применять экономичные растворонаполненные, изготов­ ляемые на месте взрыва,— ифзаниты. Их основной составной частью, как и игданитов, является аммиачная селитра.

Хорошие результаты показывают также залитые водой, некон­ диционные (вследствие превышения срока хранения) пироксили­ новые пороха.

Методы направленного изменения взрывного импульса

Разработанные методы и технологические приемы изменения начальных параметров взрывного импульса, как правило, сводят­ ся к увеличению времени действия (протяженности) взрывного импульса за счет снижения максимального давления. К числу тех­ нологических приемов относятся замена высокобризантных взрыв­ чатых веществ ннзкобризантными, снижение плотности заряжа­ ния и, наконец, применение воздушных оболочек и промежутков.

Более сложно, однако, до некоторой степени осуществимо уп­ равление параметрами взрывного импульса на пути его распро­ странения. Оно достигается за счет изменений свойств пород, окружающих очаг взрыва, например путем предварительного за­ мачивания с доведением влажности грунтового массива до оп­ тимальной.

Управление параметрами взрывного импульса применением воздушных оболочек. Изменение удельного веса головной части взрывного импульса в общем его объеме, иными словами, управ­ ление параметрами взрывного импульса величиной напряжения и временем их действия, в большей степени осуществимо за счет изменения плотности заряжания и применения воздушных оболо­ чек зарядов. На рисунках 16 и 17 приведены кривые, характе­ ризующие изменение объемов полостей и выемок при взрывах в: суглинках и лессах сосредоточенных камуфлетных зарядов и го­ ризонтальных зарядов выброса с различными воздушными обо­ лочками и без них*. Из рисунков видно, что применение воздуш-

* В проведении опытов принимал участие А. В. Михалюк.

53

Рис. 16. Зависимость приращения объема выработ­ ки от относительной величины воздушной обо­ лочки.

Рис. 17. Зависимость объема открытой выемки от относительной величины воздушной оболочки при

а в глинах на 40%. При более значительных воздушных оболоч­ ках эффективность действия зарядов снижается.

Область оптимальных величин воздушных оболочек при взры­ вах сосредоточенных камуфлетиых зарядов составила 0,35—0,6 объема заряда, при взрывах горизонтальных цилиндрических за­ рядов выброса — 140—160% объема заряда. Во всех случаях в качестве взрывчатого вещества использовали тротил.

Экспериментами с применением воздушных оболочек при взрывах горизонтальных цилиндрических зарядов выброса в водоиасыщеиных суглинках и супесях, проведенными во вскрыш­ ных породах Попелянського и Ольшаницкого гранитных карьеров, установлено, что оптимальные значения воздушных оболочек в

54

водонасыщенных связных породах смещаются в область более значительных объемов оболочек (200—300% н более) при неко­ тором повышении эффективности взрыва.

Измерение волн напряжений показывает, что применение воз­ душных оболочек оптимальных размеров приводит к значитель­ ному увеличению длительности действия взрывного импульса од­ новременно с некоторым снижением максимума напряжений. При дальнейшем увеличении объема воздушных оболочек длитель­ ность импульса и максимум напряжения снижаются.

Изменение параметров взрывного импульса на пути его рас­ пространения. Деформатнвные свойства как связных, так и не­ связных нескальных пород в существенной мере зависят от их влажности. С возрастанием влажности уменьшается предельная величина объемной деформации, однако в большей степени сни­ жается затрачиваемая на это работа. Так, предельная объемная деформация, равная 0,45—0,55 в легких, тяжелых и средних су­ глинках с весовой влажностью 14—18% и в глинах с весовой влажностью 32—36%, по данным [20], достигается при работе в ПО—130 кгс на испытанный объем. С возрастанием весовой влаж­ ности суглинков на 8—10%, а глин на 14—15% объемная дефор­ мация снижается в 2—2,5 раза, однако в этом случае работа в 0—65 раз меньше (2—3 кгс).

Качественный характер приведенных данных в основном под­ твердился при испытаниях с однократным, близким к взрывному нагружением образца, хотя количественные соотношения были несколько иными (деформация была значительно меньше). В мас­ сиве, вблизи очага взрыва, взрывной импульс, имеющий высокий уровень напряжений, вызывает близкую к предельной объемную деформацию пород. Принимая, что в суглинках с весовой влаж­ ностью 14— 18% на это затрачивается в 20—40 раз большая ра­ бота, чем при влажности 23—28%, легко установить, что без учета других источников потерь энергии взрыва увлажнение приведет к значительному возрастанию размеров зоны уплотнения. Это даст увеличение радиуса сферической полости (с учетом снижения объемной деформации) в 2,0—2,5 раза, а цилиндрической — в 3,2—4 раза при возрастании размеров (радиуса внешней гра­ ницы) зоны уплотнения соответственно в 3—3,5 и 5—6 раз.

В действительности происходит более сложное перераспреде­ ление энергии взрыва. Некоторое увеличение размеров зоны уп­ лотнения и полости приводит к увеличению затрат энергии на де­ формацию (формоизменения), то есть на преодоление сил сцеп­ ления и внутреннего трения, на нагревание возрастающего объема деформируемого массива и т. д. Вследствие этого увлажнение оказывает меньшее влияние. По опытным данным, увлажнение до указанного выше предела приводит к увеличению объема полости на 25—50%, радиуса сферической зоны, уплотнения в 1,3—1,4 ра­ за, цилиндрической— в 1,5—1,6 раза.

55

Простейшие взрывчатые вещества при взрывах на выброс

Наиболее эффективными взрывчатыми веществами при уст­ ройстве выемок в связных грунтах являются игданиты. Низкая стоимость гранулированной аммиачной селитры и дизельного топлива, а также простота их изготовления обусловливают отно­ сительно низкую стоимость игданитов по сравнению со взрывчаты­ ми веществами заводского изготовления. Так, стоимость 1 т се­

складах, перевозка без специальной охраны. Это также повышает экономичность взрывных работ и позволяет наиболее просто ор­ ганизовать производство в полевых условиях. В большинстве случаев нет необходимости строить расходные склады ВВ; можно ограничиться передвижными взрывопунктами, выпускаемыми се­ рийно на шасси автомашин ЗИЛ или МАЗ.

Гранулированная структура игданита значительно увеличивает ширину зоны химического превращения в детонационной волне и изменяет характер протекания взрыва. Вместо резкого повыше­ ния давления и быстрого спада его при взрыве тонкодисперсных ВВ игданит обеспечивает постепенное увеличение начального дав­ ления с последующим уменьшением. Это приводит к значитель­ ному увеличению времени воздействия продуктов детонации на окружающий заряд грунт. В результате снижается измельчающее действие взрыва в месте контакта грунта с зарядом. С увеличени­ ем времени воздействия продуктов взрыва общие формы работы взрыва проявляются на больших расстояниях от заряда, что обусловливает увеличение объема уплотняемого и выбрасываемого грунта.

Наиболее эффективно использование игданита при механизи­ рованной технологии изготовления ВВ. Безопасность компонентов игданита при смещении допускает изготовление ВВ непосредст­ венно на месте взрывных работ. При заряжании нгданитом сква­ жин и камер на карьерах компоненты (аммиачная селитра и ди­ зельное топливо) смешивают вручную на месте работ или с по­ мощью смесительной установки, которую устанавливают около склада ВВ :[3]. В последнем случае аммиачную селитру конвейе-

. ром подают от склада к дробилке, где она подвергается интенсив­ ному измельчению. Через бункер селитра поступает в смеситель­ ную камеру, здесь посредством насоса опрыскивается дизельным топливом и загружается в кузов автосамосвала или транспортнозарядной машины. Такую технологию можно успешно применять при изготовлении в оболочках линейно-протяженных зарядов иг­ данита небольшого удельного расхода.

Для приготовления мошных траншейных зарядов с удельным расходом, превышающим несколько сотен килограммов, требуется несколько стационарных смесительных установок и большое число.

56

икал/кз

Рис. 18. График зависимости теплоты взры­ ва (кг) нгданита от содержания дизельного топлива (%).’

транспортно-зарядных машин. Однако по мере продвиженияфронта взрывных работ необходим частый демонтаж и монтаж, смесительных установок, что отрицательно отражается на произ­ водственном ритме. Поэтому в этих условиях применение описан­ ной технологии нецелесообразно, особенно если учесть нестан­ дартность оборудования.

Зарядка на карьерах большого числа скважин или камер игданитом занимает довольно продолжительное время (иногда не­ сколько суток). За этот период часть жидкого компонента те­ ряется и происходит перераспределение дизельного топлива по высоте заряда. При нарушении оптимального состава снижаются взрывные свойства смеси. Так, исследованиями [16] установлено,, что с изменением содержания дизельного топлива в игданите значительно изменяется его теплота взрыва, определяющая об­ щую энергию химического превращения ВВ. Наибольшей тепло­ той взрыва (904 ккал/кг) обладает игданит с нулевым кислород­ ным балансом, содержащим около 5,5% дизельного топлива (рис. 18). При уменьшении количества дизельного топлива в иг­ даните до 2% теплота взрыва снижается до 540 ккал/кг, то есть, почти в 2 раза. Аналогичное явление наблюдается и при значи­ тельном увеличении жидкого компонента.

Таким образом, для предотвращения частичной потерн взрыв­ ных свойств игданита, вызванной длительным заряжанием, при использовании траншейных зарядов нгданита необходимо довестидо минимума цикл приготовления ВВ и его зарядки. В то же вре­ мя известно, что потенциальная энергия заряда определяется за­ висимостью

А = qpV,

57'

где q — удельная потенциальная энергия ВВ, кал/кг р — плотность ВВ, Г/см3;

V — ||объем ВВ, см3.

Произведение oV выражает массу ВВ, a q — объемную кон­ центрацию энергии взрыва. Следовательно, при постоянном объ­ еме зарядной выработки энергия ВВ изменяется пропорционально объемной концентрации энергии q0о, зависящей как от удельной энергии взрывчатого вещества q, так и от плотности заряжания. Отсюда можно сделать вывод, что при использовании игданитов максимального значения q можно достичь за счет заливки опти­ мального количества дизельного топлива (5,5%), а оптимальной плотности селитры рсел — более плотной упаковкой гранул. Поэто­ му наиболее целесообразно применение плотной слежавшейся ам­ миачной селитры в мешках.

Обычно использование селитры в мешках вызывает серьезные помехи при механизации процессов изготовления и заряжании игданита на карьерах. В связи с этим авторами разработана новая технология. Сущность этой технологии заключается в том, что компоненты аммиачной селитры (94%) и дизельное топливо (6%) смешивают непосредственно в траншее. Аммиачную селитру в мешках укладывают на дно траншеи по всей ее длине в несколько рядов (рис. 19). Затем в крафтбумажных мешках сверху делают надрезы и селитру из автоцистерны заливают дизельным топливом (5—6 л на 100 кг селитры) (рис. 20). Жидкий компонент наиболее удобно заливать с помощью механизированного заправочного агрегата модели 3607 на шасси ГАЗ-52-01, который представляет собой автоцистерну, оборудованную шлангами и счетчиком-метро- метром.

Время приготовления ВВ практически равно времени заливки жидкого компонента. Производительность приготовления ВВ со­ ставляет 50 т/ч.

Проведенная выборочная проверка частей заряда показала хо­ рошее смешивание компонентов и удовлетворительное (близкое к оптимальному) процентное содержание дизельного топлива в мешках селитры. При этом исключаются потери жидкого компо­ нента и ВВ, которые происходили вследствие рассыпания его по дну траншеи и перемешивания с грунтом.

После изготовления траншейного заряда игданита ведут уклад­ ку боевиков и механизированную засыпку траншеи грунтом. Это

ма взрывания.

При промышленном взрывании линейно-протяженных траншей­ ных зарядов игданита применяют многоточечное инициирование. Для этого по длине заряда укладывают две нити ДШ и через каждые 25—30 м узел ДШ заводят в мешок (пакет) инициирую­ щего взрывчатого вещества (аммонит № 6 ЖВ). Свободные концы магистрали детонирующего шнура выводят из траншеи на поверх-

58

вании траншейных зарядов большой длины, уложенных парал­ лельно проектному дну выемки.

По оси трассы будущего канала отрывают зарядную траншею на глубину 0,45—0,8 глубины выемки. В траншею укладывают заряд ВВ, засыпают и проводят взрыв. В результате выброса частигрунта (до 45—50% из разрабатываемого сечения) и уплотнения образуется выемка канала.

Такой способ проходки наиболее эффективен в неводонасыщен­ ных связных грунтах, в которых при взрывах заглубленных заря­ дов образуются камуфлетные полости значительных размеров. Его следует применять прежде всего в супесях, легких и тяжелых суглинках и глинах оптимальной влажности (8—25%). Ои может быть применен также в сухих суглинках и супесях, в песках с до­ статочным содержанием пылеватых и глинистых частиц (не ме­ нее 35—40%), в лессовидных суглинках и гравелистых породах,, содержащих не менее 40—45% мелкозема (глинистых и пылева­ тых частиц). В этих грунтовых условиях эффект несколько сни­ жается.

По сравнению с оптимальными горно-геологическими условиями в сухих (менее 6% весовой влажности), а также в гра­ велистых связных породах качество уплотнения при взрывном способе проходки выемок снижается, противофильтрациоииые свойства уплотненной зоны резко ухудшаются, а расход ВВ по­ вышается.

Проходка зарядной траншеи является очень трудоемкой опе­ рацией, она в значительной степени влияет на темпы строитель­ ства. Учитывая линейный характер работ, следует применять для нарезки траншей глубиной до 3,5 м высокопроизводительные мно­ гоковшовые и цепные экскаваторы. Характерно, что эти экскава­ торы позволяют получать траншеи необходимой ширины. Ширина зарядной траншеи зависит от ее глубины. Траншея глубиной 2—2,5 м предназначена для получения выемки сечением 30—45 м2, а траншея глубиной 3,0—3,5 м — выемки сечением до 80 м2. Масса укладываемых в них зарядов на 1 м длины составляет в первом случае 100—200 кг, во втором случае достигает 290 кг. Поэтому для траншей глубиной до 2,5 м приемлема ширина 0,6—0,9, а для траншей глубиной до 3,5 м — 0,9—1,2 м.

Траншеи глубиной 5—8 м обеспечивают получение выемок большого сечения (до 500 м2). Ширина такой траншеи понизу рав­ на 1,2—1,6 м, удельный расход составляет 1200—1500 кг/м. Как показал опыт промышленно-экспериментальных взрывов на чет­ вертой очереди Каракумского канала, для проходки зарядных траншей глубиной до 7 м наиболее рационально применение экс­ каваторов-драглайнов с ковшом емкостью 1—1,5 м3.

Устойчивость грунтов должна допускать сохранение вертикаль­ ных или крутых (под углом 75—85°) наклонных стенок траншеи. При глубине траншеи более 2—3 м на участках, в которых нахо­ дятся люди (во время коммутации взрывной сети и размещения

60

зарядов боевиков), применяют передвижные металлические либо

.другие временные крепи.

Важное место в общем технологическом [процессе занимает ме­ ханизация укладки взрывчатого вещества. Она не только сокра­ щает трудоемкость и стоимость зарядных работ, но и обеспечи­ вает непрерывность всего процесса работ. Наиболее простым яв­ ляется способ заряжания насыпью. В этом случае используются транспортно-зарядные машины, получившие применение на откры­ тых горных работах.

При поточной технологии устройства профильных выемок се­ чением до 25—30 м2 целесообразно применение спецоборудованных дреноукладочных машин. В этом случае технологические опе­ рации: устройство зарядной траншеи, засыпка в нее взрывчатого вещества и забойка траншеи грунтом — выполняют последова­ тельно. По мере движения дреноукладчика цепным баром проре­ зается узкая траншея, куда из зарядного бункера поступает дози­ рованное количество взрывчатого вещества. Под прикрытием сте­ нок бункера одновременно укладывают заряды и ДШ. Забойка заряженной части траншеи осуществляется бульдозерной подвес­ кой, смонтированной на дреноукладчике.

При закладке зарядов небольшого удельного расхода, чтобы избежать перемешивания ВВ с грунтом, следует применять поли­ этиленовые оболочки. Запрессовка ВВ в оболочку возможна как вручную, так и с помощью пневматической зарядной машины ПЗК. Технология с использованием горизонтальных зарядов игданита в полиэтиленовой оболочке была проверена при устройстве котлованов прудов. Изготовленным на месте работ игданитом за­ полняли полиэтиленовые рукава диаметром около 20 см, длиной 20 м. Рукава с зарядами укладывали в траншею и на их стыке устанавливали боевики инициирующего ВВ.

При подготовке крупных взрывов, по нашему мнению, зарядку' траншеи целесообразно проводить следующим образом. Укладку мешков с ВВ вести с помощью наклонных лотков из автомашины (автотягача), движущейся вдоль траншеи. Затем в траншейный заряд опустить боевики и механизмами засыпать траншею. Как показал опыт применения линейно-протяженных траншейных за­ рядов при проходке участка Каракумского канала имени В. И. Ле­ нина (сечение канала до 200 м2), укладка основного заряда и ■боевиков осуществима и без спуска людей в зарядную траншею.

При использовании в качестве ВВ боеприпасов, снятых с во­ оружения, зарядку необходимо вести с помощью автокранов. Для повышения безопасности работ можно применять контейнеры с домной разгрузкой [12].

Наиболее приемлемой формой организации работ при подго­ товке крупных взрывов на выброс является совмещенный график, предопределяющий параллельное выполнение основных техноло­ гических процессов: проходку зарядной траншеи, укладку ВВ и засыпку грунтом. В слабых неустойчивых грунтах зарядку тран-

61