книги из ГПНТБ / Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах

Если в грунтах с весовой влажностью 18% глубина выемки, как правило, на 40—60%, а в отдельных случаях опытных взрывов даже на 80—90% превышала глубину зарядной траншеи, то в грунтах с весовой влажностью до 8% глубина выемки увеличи­ лась лишь на 30—40%. Это объясняется тем, что с уменьшением влажности (подсыханием грунта вокруг зарядной траншеи) пла­ стичность грунта уменьшалась и, следовательно, резко ухудша­ лась взрываемость, что привело к увеличению расхода ВВ.

Технико-экономические расчеты показали, что широкое при­ менение взрывного способа позволит получить в условиях 4-й очереди Каракумского канала на участках Геок-Тепе—Казанд- жик общей длиной 250 км весьма значительный экономический эффект.

Применение энергии взрыва на строительстве Главного Мур-

габского коллектора. Трасса коллектора проходит в глинах, су­ глинках, супесях и песках с удельным весом грунта 2,67— 2,74 г/см3, влажностью 8—16%. Разведкой на глубину до 10 м грунтовые воды не обнаружены. По проекту, разработанному институтом «Туркменгипроводхоз», строительство коллектора шириной по дну 5 м с заложением откосов 1 : 2,5 и глубиной 3— 4 м намечалось осуществить с помощью землеройных машин.

Связные грунты на такырах, пересушенные и высокоминера­ лизованные, отличаются значительной механической прочно­ стью. Поэтому получить в них выемку коллектора проектного сечения с помощью скреперов невозможно. Готовый канал имеет заложение откосов 1 : 3 и ширину выемки по низу 4 ж вместо соответственно, 1 : 2,5 и 5 ж по проекту. Увеличение рабочего се­ чения по сравнению с проектным повышает общую стоимость и удлиняет сроки строительства коллектора. К тому же необхо­ димость эксплуатации землеройных машин и содержания кол­ лектива строителей вдали от населенных пунктов и источников водоснабжения в три-четыре раза (по сравнению с нормативны­ ми) повышает накладные расходы. Все это и послужило основа­ нием для применения на строительстве коллектора взрывной тех­ нологии.

На строительстве опытных участков Главного Мургабского коллектора применяли несколько технологических схем. Необхо­ димые размеры поперечного сечения коллектора достигались за счет расположения основного заряда выброса в один ряд. С це­ лью же получения направленного выброса и выполаживания одного из бортов применяли двухрядное расположение заря­ дов — основного и вспомогательного — с замедлением в 200 мсек.

Траншеи по оси коллектора разрабатывали экскаватором Э-308. Глубина траншей была 2—3 ж, что составляло 0,5—0,6 требуемой глубины выемки. В качестве основного ВВ использо­ вался игданит.

По схемам, показанным на рис. 44, а—в, предусматривалось получение выемки коллектора сечением 30—60 ж2, глубиной до

124

4,5 л и шириной по низу до 6 м. По схеме, приведенной на рис. 44, г, предусматривалось выполаскивание одного из бортов и получение направленного выброса. При этих взрывах намече­ но было использовать преобладающий сильный северо-восточ­ ный ветер для смещения поднятого взрывом грунта на один из бортов. Расчеты показывают, что время, в течение которого под-

50 кг/пог. м (вспомогательный); штриховые линии — проектный профиль, штрих-пунктирные — рабочий, сплошные — фактиче­ ский профиль.

нятый взрывом грунт движется в воздухе, достаточно, чтобы сместить его на нужное расстояние.

Время, необходимое для вовлечения частиц грунта диаметром D в движение ветром,

t =3000 — . 8 "в

При диаметре частиц менее 0,01 м и постоянной скорости ветра

125

Проходческие подготовительные работы при применении горизонтальных цилиндрических зарядов не требуют буровых машин, экскаваторов и другого горного оборудования. Достаточ­ но иметь в хозяйстве универсальный трактор типа «Беларусь», которым проводится траншея, глубиной 1,8 м и длиной, опреде­ ляемой объемом водохранилища. При взрывании в такой тран­ шее горизонтального заряда игданита погонным весом 32 кг/м вследствие выброса и уплотнения пластичных глин образуется водоем глубиной 2,7—3,0 м, шириной по верху 10—12 м.

Увеличение параметров водоема по глубине и ширине может быть получено при комбинированном взрывании траншеи и кот­ ловых зарядов, пройденных параллельно траншее. При этом устройство котловых зарядов может быть произведено без буро­ вых машин иглопрокалыванием или ручным буром. При иглопрокалывании грунта в отверстие, полученное иглой, вводится отрезок детонирующего шнура, после взрыва которого получа­ ется скважина за счет уплотнения грунта. Дальнейшей прострел­ кой этой скважины создается котел, как и в случае проходки скважины ручным бурением. Такой способ строительства водо­ ема может увеличить его сечение до 35—40 м2.

Например, при взрыве аналогичного описанному выше тран­ шейного заряда и цепочки сосредоточенных зарядов игданита весом 230 кг с расстоянием между зарядами 5 м образовался котлован шириной по верху 16—17 м и видимой глубиной 4,0 м. При длине водоема 200 м его объем составлял 8 тыс. м3.

Большой практический интерес представляют работы по углублению неровностей рельефа и получению направленного выброса грунта. В этом случае дальность выбрасываемого грун­ та ограничивается площадью, отведенной под водоем, или расстоянием до того объекта, для которого необходима вода.

Известно, что основная масса выбрасываемого грунта напра­ влена по кратчайшему расстоянию от заряда до свободной по­ верхности h. Дальность полета тела, брошенного под углом а к горизонту, определяем по формуле

грунту при выбросе. При взрывании удлиненного заряда, распо­ ложенного параллельно свободной поверхности, элементы вы­ брасываемой массы грунта пропорциональны h2. Из расчетов следует, что скорость пропорциональна корню квадратному из отношения энергии к массе, что приводит к соотношению

(11.49)

где kB— постоянная величина, зависящая от свойств грунта и

128

взрывчатого вещества. Заменяя v по формуле (11.48), получаем

kl

или, заменив 2 —- = 6=const, имеем g

Величина L в зависимости от способа эмпирического расчета величины Ь выражает предельную дальность метания грунта или дальность горизонтального перемещения центра тяжести

Рис. 45. Технологические схемы, применяемые при строительстве котлованов:

а — комбинированная; б — направленный выброс с применением парал­ лельных зарядов.

выбрасываемой массы грунта. Изменение угла а вызывает изме­ нение траектории движения массы выброшенного грунта.

Влияние вертикальной компоненты перемещения центра тя­ жести масс грунта на величину L тем значительнее, чем больше угол а. Согласно [78], коэффициент дальности метания грунта b равен 18,5—35 м*/кг в пределах угла откоса 45 °^ а^7 0 °.

С учетом приведенных положений проводились взрывные работы по получению котлована водоемов вблизи полевого ста­ на и виноградной плантации. В результате взрыва двух тран­ шейных зарядов аммонита длиной 150 м, весом 90 и 60 кг/м, глу­ биной заложения соответственно 2,8 и 2,2 м с расстоянием меж­

брошенного грунта (80%) была уложена на участок со стороны оврага, непригодный для использования. Получение котлована такого объема гарантировало сохранение достаточного количе­ ства воды в конце самого засушливого летнего сезона.

Таким образом, взрывной способ строительства котлованов становится не менее экономичным, чем выполнение земляных работ землеройными машинами. Стоимость 1 м3 земляных работ взрывным способом, как показывают экономические расчеты, составляет 30—50 коп. Создаваемая при взрыве уплотненная зона, служащая противофильтрационным экраном, дает допол­ нительные преимущества взрывному способу.

7. ПРИМЕНЕНИЕ НЕКОНДИЦИОННЫХ ПОРОХОВ ПРИ ВЗРЫВАХ НА ВЫБРОС

Пироксилиновый порох 4 Сг^НзоОюСОМОг) ю представляет собой состав следующих компонентов: 96—97% нитроклетчатки; 0,2—0,5% остаточного растворителя, 0,1—0,2% влаги; 0,5— 0,25% стабилизатора (обычно дифениламина). В качестве раст­ ворителя нитроклетчатки служит спиртоэфирная смесь. Для по­ нижения чувствительности пороховых зерен к механическим воз­ действиям (флегматизации) готовый порох обрабатывается 1 — 3%-ным раствором камфоры в спирте или другом флегматизирующем веществе. Кроме того, для увеличения гравиметрической плотности и устранения электризации пороха при флегматизации вводится 0,3—0,4% порошкообразного графита. *

Длительное хранение вызывает старение порохов, в резуль­ тате чего возможно ослабление связи между нитратами целлю­ лозы и растворителями. Вследствие этого в пироксилиновых порохах при хранении происходит увеличение удаляемых и умень­ шение неудаляемых летучих веществ, а при нарушении герме­ тичности укупорки возможно и общее их уменьшение, что приво­ дит к изменениям баллистических качеств пороха. Время, в те­ чение которого порох сохраняет требуемые баллистические качества при полной безопасности в обращении, называется сро­ ком служебной пригодности пороха. Этот срок определяется совокупностью факторов, в число которых входят как условия хранения, так и присущие пороху качества, определяющие его способность более или менее длительно сопротивляться процес­ сам разложения.

Продолжительность хранения различных порохов, содержа­ щих стабилизаторы, составляет 20—35 лет. В течение всего вре­ мени хранения пробами периодически проверяется химическая стойкость порохов. Получение ряда отрицательных результатов в пробах на химическую стойкость ставит вопрос об уничтоже­ нии порохов.

Вопросом рационального использования пороховых отходов как бризантных взрывчатых веществ для производства земляных работ занимались многие специалисты. Началом разрешения этого вопроса следует считать период после первой мировой вой­ ны, когда на складах остались десятки миллионов пудов бездым­ ных пироксилиновых и нитроглицериновых порохов. Эти порохи

130

не отвечали требованиям баллистики ввиду пониженной хими­ ческой стойкости, а поэтому подлежали уничтожению. В то вре­ мя специалистами были предложены весьма сложные способы переработки пороховых отходов в бризантное взрывчатое веще­ ство. Согласно одному из них, порох измельчали под слоем воды, затем полученную пороховую пыль под давлением в сотни атмо­ сфер спрессовывали в брикеты, которые высушивали. Брикеты из пороховой пыли представляли собой малобризантное взрыв­ чатое вещество. В результате дороговизны и опасности такого способа переработка пороховых отходов в малобризантное взрывчатое вещество прекратилась и пороховые отходы сжигали.

В 1923 г. советские ученые предложили применять пороховые отходы без заводской переработки. В этом же году под Москвой был проведен ряд опытов по применению пороховых отходов для производства взрывных работ при корчевке пней и в каче­ стве добавки к бризантным взрывчатым веществам. Но посколь­ ку чистые (сухие) пороховые отходы действовали как малобри­ зантные взрывчатые вещества, применение их не получило ши­ рокого распространения.

Впервые проблему использования отходов пироксилиновых

пироксилиновых порохов в качестве бризантных ВВ достигается заменой воздуха, находящегося между пороховыми зернами, водой, как более плотной, чем воздух, и практически несжимае­ мой средой, или 50%-ным раствором аммиачной селитры путем предварительной замочки с одновременным усилением иници­ ирующего импульса с помощью промежуточных детонаторов из ВВ повышенной (гексоген, тэн, тетрил) или нормальной (тро­ тил, ДШ и т. д.) мощности [91].

Анализ продуктов взрыва водонасыщенных пороховых заря­ дов показал наличие большого количества свободного углерода и его окиси, что в некоторой степени снижает коэффициент по­ лезного действия пороховых зарядов. Это обстоятельство на­ толкнуло исследователей на мысль испытать на детонацию сме­ си пироксилиновых порохов с окислителями, в частности с аммиачной селитрой. Кроме того, аммиачная селитра является связующим компонентом, который обеспечивает более высокую плотность заряжания.

Энергию взрыва пороховых зарядов, замоченных в 50%-ном растворе аммиачной селитры, впервые стали применять при строительстве шахтных стволов.

В1944 г. метод Н. М. Сытого был применен С. П. Петровым на строительстве деривационных, ирригационных каналов и ря­ да других объектов общим объемом в сотни тысяч кубометров.

В1947 г. этот метод стал внедряться на Украине для осуше­ ния торфяных болот, главным образом для строительства осу­ шительной сети. Общепринятый метод производства взрывных

работ с закладкой зарядов в шпуры для мелкой сети в торфяных грунтах требовал относительно большого количества и высокой стоимости затрачиваемых средств взрывания. Поэтому уже в 1948 г. ряд исследователей (Н. М. Сытый, К. А. Седокур, Ю. А. Химерик и др.) поставили перед собой задачу разработки методики использования некондиционных пироксилиновых порохов в горизонтальных зарядах выброса, ввиду того что порох имеет весьма высокую устойчивость процесса детонации. При этом способе затраты на средства взрывания практически отпа­ дают и стоимость производства работ уменьшается более чем в два раза [99].

Средой для проведения полупромышленных или промышлен­ ных взрывов был водонасыщенный грунт. Заряды изготовлялись путем засыпки некондиционного пироксилинового пороха в ру­ кава, изготовленные из марли, бязи или мешковины, причем дли­ на рукавов и их диаметры в зависимости от поставленной зада­ чи колебались в пределах соответственно 0,7— 12 м и 0,025 — 0,22 м. Полученные таким образом отдельные заряды уклады­ вались на дно вырытой траншеи, в которой вода либо уже находилась, либо специально накачивалась.

Забойкой, как правило, служила вода. Диаметр оболочек подбирался таким образом, чтобы он был равен критическому диаметру, характерному для отдельных марок пироксилинового пороха, при котором наблюдается устойчивая детонация заряда на всем его протяжении, или превышал его. Ниже приводятся критические диаметры для зарядов пироксилинового пороха, обязательные для того, чтобы процесс детонации был устойчи­ вым (по Н. М. Сытому):

осуществлялось промежуточным детонатором. Для мелких фрак­ ций пироксилинового пороха марок ВЛ, ВТ, 4/1 и 5/7 достаточен промежуточный детонатор из прессованного тротила весом 30— 50 г, а некоторые партии этих марок детонируют от КД № 8 или спирали детонирующего шнура (6—8 витков). Однако для более надежной детонации следует применять промежуточные троти­ ловые заряды., Пироксилиновый порох более крупных фракций инициируется комбинированными промежуточными зарядами, состоящими из тротиловой шашки 30—50 г и пироксилинового пороха мелких фракций.

Заряды, как правило, укладываются внахлест с перекрытием в 20—25 см или впритык. Зона свободной передачи детонации от заряда к заряду в зависимости от их диаметров составляет 3—12 см [88].

132

Н. И. Зуб [48] при взрывных работах в условиях крепких скальных пород использовал метод скважинных зарядов в об­ водненных местах. Как видно из табл. 29, по своим свойствам пироксилиновый порох не уступает тротилу, хотя стоимость его значительно ниже. Установлены [48] основные условия для при­ менения пироксилиновых порохов в скважинных зарядах.

Т а б л и ц а 29 Характеристики ВВ, применяемых для взрывания в воде

1. Пироксилиновыми порохами можно заряжать только обводненные скважины. Если скважина не полностью заполнена водой, то обводненная часть заряжается пироксилиновыми по­ рохами, а сухая — обычными ВВ. Боевик устанавливается, как правило, в порохе (если заряд в скважине разделен на части).,

2.Гарантийное взрывание порохов до марки 15/7 обеспечи­ вает боевик из шашки ТНТ весом 300 г.

3.Критический диаметр удлиненного заряда зависит от мар­

ки пороха таким образом: ВЛ, ВТ — 60 мм\ 41,5/7 от 7/1 до 8/7 — 80 мм, от 9/7 до 15/7 — 100 мм.

4.Общая длина заряда пороха в скважине не должна превы­ шать 150 его диаметров.

5.Вес заряда из пороха рассчитывается по обычным форму­ лам с поправочным коэффициентом 0,95 к аммониту № 6 и 0,8 к аммониту № 9. Для создания более высокой плотности заряжа­ ния можно смешивать порохи разных марок.

На основе многочисленных экспериментов, проведенных с целью изучения действия удлиненных пороховых зарядов на окружающую среду, в частности грунтовый массив, были полу­ чены эмпирические зависимости. Последние позволяют при про­

ведении промышленных и полупромышленных взрывов на вы­ брос с достаточной точностью в инженерной практике опреде­ лить основные параметры заряда и условия его заложения, что­ бы получить выработки проектных размеров.

Многолетняя работа, проведенная Н. М. Сытым по изучению действия порохового заряда на грунт, дала возможность устано­ вить некоторые зависимости. Диаметр порохового заряда (см) определяется по формуле

где F — поперечное сечение канала, м2.

133

Выражая поперечное сечение канала F через проектную глу­ бину последнего и показатель откоса бортов (отношение зало­ жения откоса к высоте), зависимость для проектного диаметра заряда можно написать в виде

где Н — глубина канала, м; п" — показатель откоса бортов ка­ нала; Д — средний объемный вес грунта естественной влажно­ сти, т/м3.

Выражениями (11.53) и (11.52) рекомендуется пользоваться при проектной глубине канала до 1,5 м, при этом ширина канала по дну составляет от 0,8 Н до Н. При больших же сечениях ка­ нала, когда проектная глубина достигает порядка 3,5 м, а шири­ на по дну 2—2,5 # , рекомендуется воспользоваться выражением

первого случая глубина заложения горизонтального порохового

метр удлиненного заряда Сп = 0,0675с1з.

В результате проведенных экспериментов в торфяных грун­ тах с влажностью примерно 88% К. А. Седокуром [88] были вы­ ведены следующие зависимости:

1)оптимальная глубина заложения заряда h находится в прямой зависимости от диаметра заряда пороха d3, а их отноше­ ние h/d3«= 10;

2)размеры канала находятся в прямой зависимости от диа­ метра заряда: при оптимальной глубине заложения отношение

глубины канала Я к диаметру заряда H/d3^ 23; ширины канала по верху а к диаметру заряда a/d3^ 100 и ширины канала по ни­ зу &к диаметру заряда b/d3^ 24;

3) расход пороха на 1 м3 выброшенной при взрыве породы также зависит от диаметра заряда и составляет от 300 г при cf3=25 мм до 700 г при cf3=80 мм.

Если заряд находится на оптимальной глубине заложения, то значение для поперечного сечения выработки S имеет вид 5=0,746 На. Расход пороха на 1 пог. м выработки Сп= 0,746 qHa.

Выражение для диаметра заряда, необходимого для полу­ чения выработки проектного профиля, можно записать так: d3=

где А — объемный вес пороха.

Более детальной разработкой вопроса составления эмпири­ ческих зависимостей для определения диаметра заряда, глубины его заложения и других показателей занимался Ю. А. Химерик

134