lukyanov-взрывные работы

где Rc = Rc / Rз – относительный радиус зоны сжатия; Rс – радиус зоны сжатия; Rз – радиус заряда; Rp – относительный радиус зоны разрушения; Kс, Kр – эмпирические коэффициенты (табл. 9.1).

Контрольные вопросы

1.Какими особенностями характеризуется действие взрыва в несвязных породах?

2.На какие зоны делят область действия взрыва в несвязных породах?

3.Какие соотношения определяют размеры зон сжатия и разрушения?

9.2.Проведение выработок и полостей

вгрунтах и скальных породах взрывным методом

Проведение выработок в пластичных породах осуществляется камуфлетными взрывами. Этот способ сооружения отличается высокой эффективностью и производительностью. Уплотнение пород сопровождается пластическим течением и необратимыми деформациями, в результате которых в толще пластичных пород, окружающих камуфлетный заряд ВВ, образуется полость сфероидальной или эллипсовидной формы.

Ударная волна, возникающая при взрыве и приводящая к образованию камуфлетной полости, является в первую очередь результатом отдачи энергии газообразных продуктов взрыва среде, окружающей заряд ВВ.

При взрывах сосредоточенных зарядов, расположенных на небольших глубинах, происходят выброс части породы и уплотнение породы в донной части воронки выброса, причём с увеличением заглубления повышается интенсивность уплотнения породы. Максимальное уплотнение достигается при взрыве камуфлетных зарядов ВВ. Такие взрывы широко применяются в горной промышленности для сооружения подземных резервуаров. На рис. 9.1 показана технологическая схема сооружения подземного резервуара взрывом. В породах проходят шурф или скважину. Для защиты от водоносных горизонтов шурф или скважину крепят или цементируют. Затем шурф (скважину) углубляют до отметки заложения заряда ВВ, на забой незакрепленной части шурфа (скважины) опускают заряд ВВ, а скважину (шурф) заполняют гидрозабойкой. В момент взрыва продукты детонации оказывают ударную нагрузку на стенки зарядной камеры. Расширение продуктов взрыва сопровождается образованием сферической полости, сообщающейся с поверхностью земли через закрепленный шурф (скважину).

341

взрывом образуется цилиндрическая выработка, диаметр которой превышает диаметр скважины не более чем в 10 раз. Диаметр D камуфлетной выработки зависит от типа ВВ, массы заряда Q и свойств грунта (пластичности, влажности, гранулометрического состава и др.). Диаметр скважины определяют по формуле

где r – радиус выработки, м; kсж – коэффициент податливости грунта сжатию взрывом удлинённого заряда (при взрывании тротила в плотной сухой глине kсж = 0,235, в супеси – 0,280, во влажных лёссовидных суг-

линках – 0,360).

Взрывные работы должны производиться в соответствии с разработанными проектной организацией рабочими чертежами на буровзрывные работы, согласованными с заинтересованными организациями, и проектом производства работ, в которых должны содержаться указания по обеспечению безопасности работы. Подготовительные и взрывные работы по образованию котлованов производятся в соответствии с графиком работ. В графиках следует предусматривать возможно меньший промежуток времени между производством взрывов по образованию котлованов и установкой опор.

Взрывной способ образования котлованов целесообразнее применять в легкоуплотняемых связных грунтах (глинах, суглинках и супесях). Работы выполняют в следующей последовательности: в пределах контуров котлованов устраивают приямки; по оси котлованов пробуривают шпуры; производят заряжание и взрывание зарядов в шпурах.

В зимнее время приямки образуют на всю глубину промерзания грунта. При талом грунте приямки делают на глубину 0,5…0,7 м. Приямки необходимы для уменьшения разрушения поверхности грунта вокруг котлована и уменьшения осыпей рыхлого грунта внутрь шпура во время бурения и заряжания, а также внутрь котлована после взрыва. При наличии плотного дернового покрова приямки в летнее время не устраивают.

Шпуры диаметром 50…70 мм бурят строго вертикально по оси котлованаглубиной, на5…10 % превышающейзаданнуюглубинукотлована.

Перед заряжанием шпуры должны быть проверены на всю глубину забойником, имеющим диаметр на 10…20 мм больше диаметра заряда. При сужении шпура, которое может стать препятствием к свободному опусканию заряда ВВ, его расширяют взрывом нитки ДШ.

343

В качестве ВВ применяют патронированный аммонит. Заряжание шпуров заключается в размещении в них рассредоточенных зарядов из 12–14 патронов аммонита, прикрепленных плотно к нитке ДШ и шпага-

ту (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схема размещения патронов ВВ в шпуре:

а – разрез заряженного шпура; б – при крепление патрона ВВ к ДШ

(патрон прикрепляют в трёх точках); 1 – деревянная перекладина; 2 – ДШ; 3 – электродетонатор; 4 – патрон ВВ; 5 – шпагат

Заряд-гирлянду опускают в шпур на шпагате, а затем конец шпагата привязывают к деревянной перекладине, размещаемой над устьем шпура. Нижний патрон заряда должен находиться у дна шпура, а верхний – на расстоянии 100…150 мм от устья шпура. Забойку шпура не делают.

Размеры патронов, а также расстояние между ними, в зависимости от различных грунтов и условий работ, приведены ниже.

Таблица 9.3

*Второй сверху патрон делают длиной 220…250 мм и массой 220…250 г.

345

Приведённые значения расчётных параметров должны уточняться в конкретных грунтовых условиях на основе данных пробных взрывов. Причём изменять общую массу зарядов следует путём изменения расстояния между патронами ВВ.

Взрыв заряда ВВ производят при помощи электродетонатора, предварительно прикрепленного к концу отрезка ДШ, выведенного на поверхность. Врезультате взрываобразуется полостьдиаметром60…80 см.

Для образования полости диаметром больше 60 см (практически до 3 м) по оси котлованов бурят скважины, диаметр которых может быть определён по формуле

где D – необходимый диаметр полости, м.

В формуле (9.6) большую цифру принимают для плотных грунтов, а меньшую – для более мягких.

Массу заряда (кг) рассчитывают по формуле

где d – диаметр скважины, дм; L = Н + 2D – длина скважины, м; H – проектная глубина котлована, м; – плотность заряжания ВВ, кг/дм3.

Поскольку скважину заряжают на всю длину, для предотвращения образования воронки в устьевой части скважины применяют накладной заряд, который взрывают дополнительными отрезками ДШ одновременно с инициированием основного (скважинного) заряда.

Радиус Rн и высоту Hн накладного заряда (см) определяют по следующим формулам:

где Rп – проектируемый радиус полости, см; dз – диаметр заряда в скважине, см.

Указанные выше параметры взрывных работ следует уточнять опытным путём.

При взрывных работах при разработке котлованов в скальных породах котлованы должны быть вскрыты по всему проектному поперечному профилю до обнажения скальных пород.

В зависимости от крепости и трещиноватости скальных пород, а также размеров котлована определяют методы и параметры взрывных работ. Как правило, применяют метод шпуровых зарядов.

346

При проходке котлованов в скальных породах средней и выше средней крепости применяют послойную их разработку с обязательным бурением врубовых шпуров.

Глубину отбойных шпуров при врубах с наклонным расположением шпуров (пирамидальный, клиновый и т. п.) рекомендуется принимать не больше минимального размера стороны котлована.

Фундаменты из камуфлетных свай применяют при строительстве гражданских зданий и промышленных сооружений, если грунты имеют слабую несущую способность. Основной физической характеристикой является показатель простреливаемости горных пород Ппр.

При Ппр ≥ 100 дм3/кг объём полости для пяты сваи получают путём прострела пробуренной скважины с последующим заполнением полученного котла бетоном и введением в него железобетонной сваи.

Для получения котла требуемых размеров массу заряда ВВ определяют по формуле

где Q – масса заряда, кг; R – проектный радиус основания сваи, дм; Ппр – показатель простреливаемости, дм3/кг.

Минимальная глубина заложения камуфлетного заряда hтin, при которой действие взрыва на поверхности земли не проявляется, определяется по формуле

где kв – коэффициент сопротивления грунта выбросу взрывом (для глин и суглинков средней плотности kв = 1,3 кг/м3).

Рассчитанные массы зарядов уточняются по результатам экспериментальных взрывов. Для этого после первых же взрывов измеряют фактический диаметр котла Дк методом заполнения его бетоном. Расчет производят по формуле

где V – объём бетона, вошедшего в котёл, м3.

На основании экспериментальных данных составляют таблицу, по которой в зависимости от расхода бетона определяют оптимальный диаметр камуфлета.

После проходки в скважину помещают заряды, уложенные в специальную тару (деревянные или металлические ящики) со съёмными крышками. Проводники (обычно от двух электродетонаторов) выводят-

347

ся на поверхность в металлических трубках, которые предохраняют их от повреждения при заливке скважины бетоном. Затем погружают сваи.

При подготовке к взрыву необходимо: пробурить скважину, диаметр которой на 30…50 мм больше диаметра сваи и равен 300…500 мм; в скважину опустить обсадную трубу длиной 1,5…2,0 м (кондуктор) с укрепленной на её верхнем конце веревкой.

Так как прострелку скважины производят, как правило, патронированными ВВ, расчётный диаметр заряда округляют до целого числа патронов. При диаметре патрона 0,32 дм два патрона соответствуют заряду диаметром 0,4 дм, три патрона – 0,55 дм, четыре патрона – 0,64 дм, пять патронов – 0,71 дм.

Контрольные вопросы

1.В чём состоит сущность технологии сооружения подземных резервуаров взрывом?

2.Какова последовательность работ по образованию взрывом котлованов в легко уплотнённых связных грунтах?

3.Назовите основную физическую характеристику, определяющую взрывное образование камуфлетных полостей.

4.Какими параметрами определяется минимальная глубина заложения камуфлетного заряда?

9.3. Взрывные работы при уплотнении и рыхлении грунтов, посадке насыпей

Важным направлением в строительстве является использование взрывов при уплотнении грунтов. По расположению заряда ВВ относительно уплотняемого объёма породы могут быть выделены глубинные,

поверхностные и подводные способы уплотнения взрывом.

При уплотнении грунтов глубинными взрывами заряды погружают в массив на глубину, исключающую выброс грунта при взрыве. При поверхностных взрывах используются накладные заряды, взрываемые на поверхности грунта, а при уплотнении грунтов подводными взрывами заряды ВВ опускают в воду и взрывают над поверхностью грунта.

Глубинные взрывы проводятся при строительстве ГЭС в намытых под воду мелкозернистых песчаных грунтах. Так, при строительстве Горьковской ГЭС был выполнен взрыв заряда массой 5 кг при мощности рыхлых песков 6,5 м и глубине грунтовых вод 0,6 м. Заряд погружали на глубину 4,9 м. Средняя осадка поверхности в радиусе 8 м достигла 38 см. Второй взрыв такого заряда вызвал меньшую усадку (8 см). Радиус распространения осадки после двух взрывов превышал 30 м.

348

Значительный эффект глубинных взрывов получен в намывных грунтах хвостохранилищ многих ГОКов.

Поверхностные взрывы впервые были осуществлены в районе строительства Волжской ГЭС.

При взрыве зарядов массой 20 и 40 кг была достигнута осадка на незначительную глубину – 5 см.

При взрыве зарядов массой 20 кг на участке намыва основания пойменных плотин Горьковской ГЭС образовалась воронка диаметром 2,5 м и глубиной 0,5 м, которая сразу же заплыла разжиженным грунтом. В результате двух последовательных взрывов в одном месте средняя осадка в радиусе 5 м достигла 10 см, а радиус распространения осадки не превышал 15 м.

Первый подводный взрыв для уплотнения несвязного грунта произведён в 1964 г. в районе г. Новороссийска.

Заряд тротила массой 20 кг был взорван в море над поверхностью песчано-гравелитовых отложений. Глубина воды в этом месте достигала 18 м, а высота подвески заряда над грунтом – 2,5 м, что обеспечивало отсутствие воронки выброса грунта при взрыве и камуфлетность взрыва заряда в воде. Заряд подвешивался к поплавку. В результате взрыва была получена осадка поверхности дна моря, уменьшающаяся по мере удаления от места взрыва.

Взрывной метод посадки дорожных насыпей на болото используют при строительстве железных и автомобильных дорог.

Применяют способы продольных и поперечных траншей с помощью методов скважинных зарядов.

Способ продольных траншей применяют при устройстве насыпи с помощью железнодорожного транспорта. При этом вначале взрывом сооружают осевую траншею, а после её засыпки – две боковые траншеи.

Ширина осевой траншеи (м) определяется по формуле

где п – показатель действия взрыва; hз – глубина заложения заряда. Ширину боковой траншеи (м) рассчитывают по формуле

При взрывных работах по посадке насыпей на болото следует применять водоустойчивые ВВ или ВВ в патронах, покрытых водоизолирующим составом, а также водоустойчивые средства инициирования.

Заряды, опускаемые в скважины, помещают в изолирующие гильзы. При производстве строительных работ (проходка траншей, котлованов, канав и т. д.) в зимних условиях требуется рыхлить мёрзлые грунты мощностью 1,5 м и более. Взрывание мёрзлых грунтов имеет свои осо-

349

бенности: наличие мягкого подстилающего слоя, отсутствие естественной трещиноватости и необходимость немедленной уборки во избежание повторного смерзания.

Способ и метод взрывных работ при рыхлении мёрзлых грунтов выбирают с учётом промерзания грунта, рельефа местности, качества взрыва и расстояния до охраняемых объектов. Используют методы шпуровой и скважинной отбойки.

Взрывание шпуровыми зарядами применяют при глубине промерзания до 1 м, скважинными – более 1 м.

Скважины и шпуры бурят станками БТС-60, БТС-150, БТУ-60 и др. Параметры взрывания рассчитывают в следующей последовательности: составляют принципиальную схему размещения зарядов, определяют длину линии с.п.п., глубину и диаметр шпуров, удельный рас-

ход ВВ, расстояние между шпурами в ряду и между рядами.

Линия сопротивления по подошве и глубина шпуров (скважин)

где l – глубина шпуров или скважин, м; Hм.с– мощность мёрзлого слоя, м. Массу зарядов ВВ рассчитывают по формуле

гдеq – удельныйрасходВВ, кг/м3.

Контрольные вопросы

1.Покакомупризнакуразделяютспособыуплотнениягрунтоввзрывом?

2.Назовите известные Вам способы посадки насыпей при строительстве дорог.

3.Какие особенности характерны для ведения взрывных работ в мерзлых грунтах?

4.В какой последовательности рассчитывают параметры взрывания мёрзлых грунтов?

350