11.5.2. Спушення мерзлого ґрунту вибуховим методом

Буровибуховий спосіб підготовки мерзлого ґрунту до розробки — найбільш продуктивний і широко використовуваний, але в той же час досить дорогий. Він застосовується при більших обсягах робіт і глибині промерзання понад 0,8 м на майданчиках, значно віддалених від житлових будинків, промислових будівель й інженерних споруд. Метод виконання підривних робіт вибирається залежно від глибини промерзання ґрунту, його міцності, необхідного ступеня дроблення (за умови екскавації й подальшого застосування ґрунту), а також від близькості будинків і споруджень. При цьому кількість шпурів, їхнє розташування й величина зарядів визначаються розрахунком у проекті виконання робіт й уточнюються пробними вибухами.

При буровибуховому методі ґрунт розпушують методами шпурових або камерних зарядів. Шпур являє собою неглибокий круглий отвір діаметром 25–75 мм, що влаштовується в ґрунті за допомогою спеціальних машин й установок. Шпури, що мають діаметр більше 75 мм, називаються свердловинами. Вони влаштовуються в тому випадку, коли за правилами розміщення й через значний обсяг застосовувана вибухова речовина не вміщається в свердловині. У цьому ж випадку можуть улаштовуватися й так названі котлові свердловини або свердловини, які відрізняються від звичайних тим, що у своїй нижній частині мають розширення, утворене шляхом вибухів спущених на дно зарядів. Метод шпурових зарядів застосовується при глибині промерзання ґрунту до 2 м. При цьому глибина свердловин приймається рівною 0,7–0,9 товщини мерзлого шару ґрунту.

Метод камерних зарядів полягає в тому, що в розроблюваному ґрунті влаштовують горизонтальні, вертикальні або злегка похилі виробітки й галереї, у яких розміщують зосереджені заряди. Ґрунти при глибині промерзання від 2 до 3 м розпушують методом малокамерних зарядів, що закладають у горизонтальні рукави перетином не більше 25×25 см. При необхідності розпушування на глибину більше 3 м застосовують метод мінних камерних зарядів (із пристроєм мінних галерей або штолень).

Свердловини й шпари бурять, як правило, верстатами обертально-шнекового буравлення, серед яких найбільше поширення мають БТС-60, БСН-110-25 і БС-110-25. При невеликій глибині промерзання ґрунту й малих діаметрах шпурів (до 40 мм) останні можуть улаштовуватися за допомогою електричних або пневматичних свердел типу СПР-11. При більших обсягах робіт доцільно бурити причіпним тришпиндельним верстатом на базі трактора ДТ-54 продуктивністю до 360 свердловин за зміну.

Свердловини розташовують у шаховому порядку, паралельно утвореному забою. Останній виходить після вибуху ґрунту на викид за допомогою врубових шпурів, розташованих під кутом 60–70° до зовнішньої поверхні. Далі спушують ґрунт за допомогою вертикальних відбійних свердловин. Відстань між рядами свердловин не повинна бути більшою 0,6 висоти забою. Заряди кожного ряду підривають одночасно електричним способом або за допомогою шнура, що детонує. Розпушують ґрунт звичайно подовженими зарядами вибухової речовини, що вставляються в свердловину на 2/3 висоти з наступним забиванням ґрунту. Відстань між шпурами в ряду залежить від діаметра шпурів, твердості ґрунту й ступеня необхідного дроблення й приймається не більше дворазової відстані між рядами.

Залежно від глибини розробки ґрунту й потужності бурильних установок розпушування ведуть в один або кілька горизонтів (ярусів). При майданчиках більшої площі розробки ґрунту ділянку розбивають на кілька захваток й організують роботу так, щоб екскаватори й інші навантажувальні машини, а також транспортні засоби, застосовувані при вивозі маси розробленої вибуховим методом, мали повнозмінне завантаження. При цьому земляні роботи повинні вестися в єдиному ритмі й строгому узгодженні з наступними роботами (влаштуванням фундаментів, утепленням основ і т.п.), щоб не допустити промерзання ґрунту в котловані.

Для розроблення мерзлих ґрунтів вибуховим методом застосовують аммоніти з № 6 по № 10, динаміт, тротил, тол, пікринову кислоту й інші вибухові речовини. При підривних роботах треба комбіновано застосовувати й дешеві вибухові речовини різної потужності, які найбільше відповідають властивостям ґрунтів і бажаній меті вибуху, а також мінімальні витрати, що забезпечують мінімальні затрати праці, енергії, матеріалів і сприяють найкращій якості робіт.

Вибухомназивають надзвичайно швидке хімічне перетворення речовини, що супроводжується виділенням енергії, утворенням стиснених газів та ударної хвилі.

Для здійснення вибуху потрібно мати вибухові речовини, засоби підривання та технічні засоби утворення зарядних камер та облаштування їх зарядом і забивкою.

Вибухові речовини(ВР) — це хімічні або механічні суміші, здатні під впливом зовнішньої дії змінювати свій стан з великою швидкістю. У будівництві використовують три типи вибухових речовин: ініціювальні, бризантні та метальні.

а) ІніціювальніВР легко вибухають під дією відносно невеликих механічних (удар, прокол) або теплових (вогонь, іскра, тертя) впливів. Ці речовини — гримуча ртуть, тринітрорезорцинат свинцю (ТНРС), азид свинцю, тетрил — застосовують для оснащення капсулів-детонаторів та капсулів-запальників.

б) У бризантних, або дроблячих, речовинах вибухове перетворення здійснюється у формі детонації під впливом хвилі від вибуху ініцію­вальних речовин. Швидкість детонації (поширення вибухового пере­творення) досягає у них 7000–8500 м/с. Найчастіше у будівництві використовують такі бризантні вибухові речовини: аміачно-селітрові (амоніти), нітрогліцеринові (динаміти) та нітропохідні ароматичного ряду (тротили). Їм властиві порівняно незначна чутливість до удару і достатня безпека при застосуванні.

в) Метальні.ВР мають відносно низьку швидкість вибухового перетворення (300–400 м/с). До цього класу належить димний та бездимний порох.

Спушування мерзлих ґрунтів вибухами при глибині промерзання понад 1–1,3 м більш доцільне і ефективне в порівнянні з механічним спушенням. Але застосування його в межі населених пунктів пов’язане з цілим рядом труднощів.

Для зменшення сейсмічного ефекту вибуху, усунення розльоту шматків мерзлого ґрунту й для поліпшення його дроблення застосовується короткоуповільнений вибух і огороджують щілини. Для захисту споруд і людей від осколків використовуються укриття різних конструкцій. Новинками є локалізатор вибуху і укриття капроновими мережами.

Шпури і свердловини в мерзлих ґрунтах бурять перфораторами, електросвердлами, верстатами і машинами шнекового типу, а також термічним способом. Найпрогресивнішим буровим устаткуванням є автоматизовані бурові верстати тришпиндельні конструкції СКБ Мосстрой, модернізовані бурові агрегати УГБ-50А і СБУДМ-150 ЗІВ, а також верстати ШПА-2.

Термічний спосіб буріння оснований на термодинамічній дії газового струменя на верхній шар ґрунту, що призводить до його руйнування і винесення продуктів руйнування на поверхню зворотним потоком газів. У результаті утворюється свердловина, в неї опускають термобур, який заглиблює свердловину до необхідної глибини. Найбільша глибина буріння визначається довжиною штанги термобура.

Термічний спосіб буріння набуває широкого поширення. У будівництві знайшла велике застосування безкиснева установка з термобуром РТБ-В2.