Разработка мероприятий по обеспечению жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

Введение

На железнодорожном электрифицированном участке Тешемля-Бабаево, обслуживаемом Бабаевской дистанцией пути, произошло крушение поезда, сопровождавшееся взрывом со взрывоопасными материалами. Вагоны взорвались на насыпи в середине поезда, состоящего из 50 грузовых вагонов.

Исходные данные

Задание: «Восстановление прерванного движения поездов при аварийном взрыве в составе поезда».

Вид и масса взрывоопасного материала приведена в таблице 8.1.

Таблица 8.1 – Исходные данные

Вид взрывоопасного материала	Масса взрывоопасного материала, т
Взрывчатые материалы	45 (2 вагона)

Необходимо:

1. привести характеристику аварийного взрыва;

2. определить объемы разрушений и восстановительных работ;

3. принять решение на восстановление железнодорожных сооружений.

1. Характеристика очага взрыва

Взрыв – это быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации (ГОСТ Р22.0.05-94).

Основным поражающим фактором взрыва является ударная волна, представляющая собой зону сильно сжатого воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Основными поражающими факторами ударной волны, определяющим её поражающее действие, являются: избыточное давление ΔP_ф, давление скоростного напора ΔP_ск и время действия ударной волны t_у.в..

Избыточное давление во фронте ударной волны ΔP_ф  - это разница между максимальным давлением воздуха во фронте ударной волны и атмосферным давлением: ΔP_ф = P_ф – P_0.

Избыточное давление ΔP_ф обладает разрушительным действием, выводя из строя устойчивые, крупногабаритные массивные сооружения, жесткие конструкции с фундаментами (здания, защитные сооружения, опоры мостов, водонапорные башни и т.п.). Эти сооружения противостоят смещению, поэтому время обтекания их фронтом ударной волны будет значительным, хотя составляет доли секунды. Фронт ударной волны, дойдя до передней стенки сооружения, отражается от нее. В результате этого избыточное давление, действующее на переднюю стенку сооружения, быстро возрастает, увеличиваясь в несколько раз (создается давление отражения). По мере прохождения фронта ударной волны избыточное давление, действующее на переднюю стенку сооружения, быстро падает до значения давления в ударной волне (до отражения). Затем ударная волна охватывает все стороны сооружения, создавая разрушительную статическую нагрузку путем всестороннего сжатия.

При небольших размерах и обтекаемой форме сооружения величина избыточного давления действует на него в течение очень короткого времени. В этом случае степень разрушения сооружения зависит, главным образом, от скоростного напора воздуха в ударной волне, время действия которого намного больше, чем избыточного давления (при ядерном взрыве может составить несколько секунд).

Скоростной напор действует на сооружение в виде динамической нагрузки, смещая, опрокидывая или отбрасывая малогабаритные, быстро обтекаемые и малоустойчивые сооружения, такие как. опоры контактной сети и электропередач, мостовые фермы, станки, транспортные, технические средства и аппаратуру (вагоны, краны, автомобили, шкафы с оборудованием СЦБ).

Наибольший метательный эффект скоростного напора проявляется в местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с.

Избыточное давление и скоростной напор измеряются в Па, кПа, кгс/см² (1 кгс/см² ≈ 100 кПа).

Существует зависимость величины скоростного напора ΔР_ск, кПа, от избыточного давления ΔР_ф:

()

Характер зависимости представлен на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Зависимость скоростного напора ΔР_ск, от избыточного давления ΔР_ф

Как и максимальное избыточное давление ударной волны, максимальный скоростной напор уменьшается с увеличением расстояния от центра взрыва.

Время действия ударной волны t_yB в какой-либо точке пространства зависит, главным образом, от мощности взрыва (массы взрывоопасного материала), его вида, удаления от центра взрыва и измеряется в секундах.

Чем больше время действия ударной волны (при одном и том же значении избыточного давления), тем больше ее разрушительный эффект.

Для различных видов взрывоопасных материалов одинаковой массы при аварийных взрывах значения параметров ударной волны на одинаковом удалении от центра взрыва будут различными.

Это объясняется различной природой и характером взрыва взрывчатых материалов (ВМ), горючевоздушных и газовоздушных смесей.

При любых взрывах принято выделять три круговые зоны (рис. 3.4): I - зона детонационной волны; II - зона действия продуктов взрыва; III - зона воздушной ударной волны.

Рис. 3.4. Зоны очага взрыва: I - зона детонационной волны; II - зона действия продуктов взрыва; III - зона действия воздушной ударной волны; r₁, r₂. r₃ - радиусы внешних границ соответствующих зон

Зона детонационной волны (зона I) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r₁, м, зависит от массы Q т, продукта взрыва и приближенно может быть определен по формуле:

r ≈ k∙,

где k- коэффициент пропорциональности;

Для горючевоздушных смесей (ГВС) и углеводородных газов (УВГ) коэффициент к может быть принят равным 17,5.

В пределах зоны I действует постоянное избыточное давление ΔР_ф.

Зона действия продуктов взрыва (зона II) охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва, где избыточное давление постоянно падает и на внешней границе зоны составляет примерно 300 кПа. Радиус этой зоны r₂ ≈ 1,7 r₁

В зонах I и II все здания и наземные сооружения разрушаются практически полностью.

В зоне действия воздушной ударной волны (зона III) формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли. Значения параметров воздушной ударной волны в этой зоне при одной и той же массе взрывоопасных веществ на одинаковом удалении от центра взрыва зависят от вида взрывоопасных веществ. Основными взрывоопасными веществами являются: взрывчатые материалы (ВМ), горючевоздушные смеси (ГВС), углеводородные газы (УГВ).

Взрывчатые материалы - это соединения или смеси, способные к быстрому, самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с образованием газов и выделением значительных количеств тепла. Такое превращение, возникнув в какой-либо точке под действием соответствующего импульса (нагрев, механический удар, взрыв другого взрывчатого материала), распространяется со сверхзвуковой скоростью по всей массе взрывчатого материала. Быстрое образование значительных объемов газов и нагрев последних за счет теплоты реакции до высоких температур обусловливает внезапное развитие в месте взрыва очень больших давлений.

В отличие от горючевоздушных и газовых смесей реакция взрывчатых материалов протекает без участия кислорода воздуха.

Взрывчатые материалы можно разделить на три группы:

- инициирующие, обладающие огромной чувствительностью к внешним воздействиям (удар, накол, нагрев) и использующиеся для возбуждения детонации* основного заряда взрывчатого материала;

- бризантные (дробящие при взрыве соприкасающиеся предметы) -менее чувствительны к внешним воздействиям, имеют повышенную мощность и подрываются в результате детонации;

- метательные - пороха, основной формой химического превращения которых является горение.

В зоне действия воздушной ударной волны зависимость давления ΔР_ф , Мпа, от расстояния R, м, и массы заряда Q, кг, имеет вид:

, ()

 где - приведенный радиус, м,;

Для любого вида взрыва изменение избыточного давления воздушной ударной волны в зависимости от расстояния Rот центра взрыва и массы взрывоопасного материала Q подчиняется закону подобия взрывов, который выражается для фиксированного значениясоотношением:

(3.4)

где R_m - табличное значение расстояния от центра взрыва для приведенной в таблице массы

R_фак - фактическое значение расстояния для фактической массы Q_фак.

Использование закона подобия взрывов (3.4) и данных табл. 3.1 и 3.2 позволяет определить ряд фактических значений расстояний при любой массе взрывоопасного вещества для фиксированных значениях и построить график зависимости ΔР_ф=f(Q,R).

2. Определение объемов разрушений железнодорожных сооружений и восстановительных работ

Ориентировочные объемы разрушений земляного полотна при взры­ве вагонов и цистерн могут быть определены исходя из опыта Великой Отечественной войны, когда подрывание подвижного состава с боеприпа­сами и ВМ использовалось для разрушения земляного полотна, а также ис­ходя из анализа последствий аварийных взрывов вагонов с ВМ в составе поезда (Арзамас-1, Свердловск и др.).

Опыт показал, что образовавшиеся при взрывах в земляном полотне бреши имели длину L_бр, равную протяженности взорвавщегося подвижного состава плюс по 6 м с каждой стороны при взрыве одного вагона, по 12 м - при взрыве двух и по 13 м - при взрыве трех вагонов. Глубина бреши Н_бр зависела от состояния грунта в насыпи и составляла от 6 до 10 м. При ориентировоч­ном подсчете объемов земляных работ разницей между взрывом вагонов с ВМ и цистернами с жидким топливом и УВГ можно пренебречь. При оп­ределении длины бреши L_бр можно принять длину четырехосного вагона с ВМ по осям автосцепок, равной 14,7 м, а цистерн с жидким топливом и УВГ-12м.

Для определения объема земляных работ по засыпке бреши вычер­чиваются продольный профиль сохранившейся насыпи и поперечный профиль насыпи, отсыпаемой в бреши (рис. 1).

Рис.1

а) продольный профиль сохранившейся насыпи;

б) поперечный профиль насыпи, отсыпаемой в бреши.

1- отсыпаемая насыпь; 2 - сохранившаяся часть земляного полотна.

Объем насыпи, отсыпаемой в бреши, можно определить приблизительно по формуле:

V_бр=(В+Н_бр· n)·H_бр· L_бр, м³ (1)

где В - ширина земляного полотна поверху на однопутном ж.д. участке, м (для обычных грунтов при временном восстановлении В = 5м);

Н_бр - глубина бреши (высота отсыпаемой насыпи), м;

п-показатель заложения откосов (для насыпи высотой до 6 м п= 1,5);

L_бр - длина бреши, м.

Таблица результатов расчета

3. Решение на восстановление

Таблица – Анализ объемов разрушений железнодорожных сооружений