6Взрывной способ производства земляных работ

Взрывной способ применяют в основном для рыхления скальных и мерзлых грунтов. Он эффективен также для дробления крупных валунов и глыб, валки деревьев, корчевки пней, для быстрого устройства больших выемок, больших насыпей на пониженных участках рельефа, куда грунт можно направить путем обрушения и сброса соседних склонов и т.д.

Все взрывные работы должны выполняться по специальному проекту, утвержденному в установленном порядке.

Взрывным работам предшествуют работы по устройству подготовительных выработок – шпуров, скважин и т.д., в которые должны закладываться взрывчатые вещества (ВВ). Иногда заряды ВВ могут располагаться непосредственно на поверхности разрушаемого объекта (накладные заряды), но при земляных работах это делается довольно редко.

В зависимости от формы и размеров подготовительные выработки разделяются на

• шпуры,

• скважины, рукава,

• шурфы, штольни,

• камеры, котлы,

• линейные выработки (щели, траншеи).

Шпуры – это цилиндрические полости диаметром менее 75мм, длиной (глубиной) до 10м (чаще всего менее 5м). По направлению шпуры могут быть вертикальными, горизонтальными или наклонными. Шпуры длиной до 2м обычно называют мелкими (мелкошпуровое взрывание).

Скважины – цилиндрические полости (как правило, вертикальные или с малым наклоном) диаметром 75…300мм, глубиной до 30м. Если такие полости располагаются горизонтально или с большим наклоном, их обычно называют рукавами.

Шпуры, скважины, рукава выполняются путем бурения.

Шурфы – вертикальные выемки сечением 1,2…2м², глубиной до 30м. Проходка их обычно выполняется взрывным способом, путем последовательного мелкошпурового взрывания небольших зарядов и уборки разрыхленного грунта механическим или ручным способом. В нескальных грунтах при малых глубинах (1…2м) шурфы могут откапываться вручную. Аналогичные выемки горизонтального направления (или с уклоном) называются штольнями.

Камеры представляют подземные полости для размещения в них больших сосредоточенных зарядов ВВ. Их поперечное сечение может достигать 15 м². Для размещения камерных зарядов во взрываемом массиве грунта проходят вертикальные шурфы или горизонтальные (иногда наклонные) штольни. Откопка камер делается таким же способом, как и разработка шурфов или штолен.

Полости для размещения сосредоточенных зарядов ВВ могут образовываться также и в скважинах путем взрыва. В этих случаях они называются котлами. Для образования котлов в скважинах производится их «простреливание», т.е. взрыв небольших зарядов, составляющих 5…20% от основного.

Линейные выработки – траншеи, щели разрабатываются многоковшовыми экскаваторами или щелерезными (баровыми) машинами. Для взрывных работ такие выработки делаются обычно на глубину 1,5…2м, при этом ширина траншей обычно составляет 0,2…0,4 м, щелей – 0,08…0,12м.

Зарядом называется дозированное количество ВВ, снабженное средствами взрывания и помещенное в намеченное место взрыва (в шпур, в скважину и т.д.). Средствами взрывания могут быть капсюль-детонатор (КД) с огневым шнуром (ОШ), электродетонатор (ЭД) с проводами и источником тока, детонирующий шнур (ДШ) и т.д.

Работы по бурению шпуров, скважин, проходке шурфов и т.д., по проведение собственно взрывных работ регламентируются строительными нормами – СНиП 3.02.01-87 Земляные работы; СНиП 4.02.91 выпуск3 Буровзрывные работы; ЕНиР Е2-3 Буровзрывные работы и др.

Применяемые в народном хозяйстве взрывчатые вещества (ВВ) разделяются на три вида:

• инициирующие,

• бризантные,

• метательные.

Инициирующие ВВ (гремучая ртуть, азид свинца, ТНРС и др.) взрываются от удара, искры, нагревания; они применяются в капсюлях-детонаторах и электродетонаторах, т.е. служат для инициации взрыва (детонации) в других ВВ.

Бризантные ВВ (аммонит, тротил, аммиачная селитра, ТЭН и др.) обладают высокой скоростью взрывчатого разложения (2000…8500м/с) и, соответственно, сильным дробящим действием. Они относительно безопасны в обращении: не взрываются от удара, искры, способны медленно гореть без детонации (горение переходит в детонацию лишь в особых случаях – при большом количестве или при наличии прочной оболочки). Бризантные ВВ выполнят основную функцию в заряде, т.е. обеспечивают собственно взрыв, остальные ВВ используются лишь для возбуждения (инициации) взрыва в бризантном ВВ.

В народном хозяйстве чаще всего используется аммонит, являющийся наименее опасным в обращении. Метательные ВВ (пороха) характеризуются пониженной скоростью взрывного разложения (400…2000м/с) и обладают способностью перемещать (разбрасывать) окружающие предметы, раздробляя их значительно меньше, чем это делают бризантные ВВ. Метательные ВВ используются в огневых шнурах (ОШ), в дополнительных элементах зарядов, обеспечивающих задержку взрыва, если таковая необходима. В обращении они безопасней бризантных ВВ.

На стройку бризантные ВВ могут доставляться в виде порошка в мешках или в специальных патронах, реже – в виде шашек, из которых собирают заряды нужной мощности и формы и т.д. Инициирующие и метательные ВВ на стройке находятся, как правило, только в специальных устройствах – КД, ЭД, ОШ.

Процесс изготовления заряда включает следующие операции:

• приготовление основной части заряда из бризантного ВВ (засыпка в заготовленные формы порошкообразного ВВ, приготовление специальных патронов, сборка из шашек и т.д.);

• установка средств взрывания, т.е. подведение к основной части заряда детонирующего шнура или вставка в нее капсюля-детонатора с огневым шнуром, или же электродетонатора с системой проводов и т.д.;

• установка заряда в подготовленную выработку – шпур, скважину и т.д., если этот заряд приготавливался не в самой выработке;

• заполнение выработки с установленным в ней зарядом ВВ грунтом («забойка заряда»), что необходимо для наилучшего использования энергии взрыва.

На рисунке 29 показаны основные элементы заряда.

В зависимости от формы заряды могут быть сосредоточенными и линейными (удлиненными). Последние изготовляются путем заполнения полиэтиленовых трубок (шлангов) порошковыми ВВ, для чего используются специальные пневматические машинки. Удлиненные заряды могут также собираться из цилиндрических шашек. Для установки линейных зарядов разработаны эффективные механизмы и приспособления, поэтому применение таких зарядов позволяет существенно сокращать затраты ручного труда. Длина линейных зарядов может колбаться от десятков сантиметров до десятков метров (до 150м).

При выполнении земляных работ применяются три способа взрывания:

• с помощью детонирующего шнура (бескапсюльный способ),

• огневой способ,

• электрический способ.

Взрывание с помощью детонирующего шнура (ДШ) – наиболее безопасный способ, так как при нем заряды не имеют индивидуальных капсюлей-детонаторов (КД) или электродетонаторов (ЭД), все взрывы инициируются лишь одним детонатором, взрывающим ДШ. Это имеет особое значение при выяснении причин отказа какого-либо заряда. ДШ позволяет производить одновременно большое количество взрывов. При этом он достаточно безопасен, так как его сердцевина состоит из бризантного ВВ (обычно ТЭН). При наличии в грунте блуждающих токов одновременное взрывание нескольких зарядов допустимо выполнять только с помощью ДШ.

Огневой способ предполагает использование капсюлей-детонаторов (КД) и огневого (огнепроводящего) шнура (ОШ). Взрыв КД (и соответственно всего заряда) происходит от пучка искр горящего ОШ, когда горение достигает его конца, подсоединенного к КД. Скорость горения ОШ достаточно стабильна и составляет примерно 1 см/с. По этой причине длина ОШ определяет промежуток времени от поджигания до взрыва заряда. Этот промежуток времени должен быть достаточным для отхода персонала (взрывников) в безопасное место.

ОШ имеет пороховую сердцевину и водонепроницаемую оболочку, поэтому ОШ может гореть и под водой.

Огневой способ применяется для взрывания одиночных зарядов или неодновременного взрывания нескольких зарядов.

Электрический способ предполагает в качестве возбудителя взрыва электродетонаторы (ЭД), которые взрываются при подаче тока определенной силы. ЭД включаются в специальную электросеть, имеющую импульсный источник тока, приводимый в действие в нужный момент взрыва.

Электрический способ применяют при необходимости одновременного взрывания большого числа зарядов.

По действию на грунт взрывы разделяют на три вида (рисунок 30):

Рисунок 30 Схемы взрывов:

а –камуфлетный горн, б – выпирающий горн, в – выброс; 1 – заряд ВВ, 2 – зона полного разрушения (разрыхления) грунта, 3 – зона деформаций (частичное разрушение, уплотнение и проч.) грунта, 4 – зона разрыхленного грунта из кусков, упавших после взрыва снова в воронку

• камуфлетный горн,

• выпирающий горн,

• выброс.

Определяющими факторами являются мощность заряда (вид ВВ, количество) и глубина его заложения.

Камуфлетный горн или просто камуфлет (рисунок 30а) – это взрыв в массиве грунта, который разрушает и уплотняет грунт лишь внутри этого массива, в зоне размещения заряда, не достигая поверхности земли. На поверхности он вызывает только сотрясение грунта без его рыхления. Такой взрыв происходит при малой мощности заряда или при большой глубине его заложения.

Выпирающий горн (рисунок 30б) создает рыхление и подъем (выпирание) грунта на поверхности земли с образованием бугра. Применяется для рыхления грунта без его выброса.

Выброс (рисунок 30в) характеризуется образованием на месте взрыва воронки, причем грунт частично выбрасывается за пределы воронки, частично падает снова в воронку. Это происходит при значительной мощности заряда или малой глубине его заложения. В зависимости от объема грунта, выбрасываемого за пределы воронки и падающего снова в воронку, различают нормальный и усиленный выбросы.

Масса заряда Q в кг определяется по приближенной формуле

, (11)

где k – коэффициент, учитывающий мощность применяемого ВВ, например, для аммонита k = 1, для аммиачной селитры k = 1,35, для тротила k = 0,86;

q – удельный расход ВВ в кг на 1 м³ взрываемого грунта, определяемый в зависимости от вида ВВ и вида грунта, определяемый опытным путем или по справочникам с соответствующей корректировкой в ходе работ; для предварительной оценки можно пользоваться таблицей 6.

Таблица 6 Удельный расход ВВ на 1 м³ взрываемого грунта (q)

Вид грунта	Величина q, кг/м3
	Камуфлетный горн	Выпирающий горн	Выброс (нормальный)
Плотные глинистые и песчаные грунты IV группы	< 0,3	0,3…0,45	0,9…1,3
Полускальные грунты V…VI групп	< 0,4	0,4…0,6	1,15…1,75
Скальные грунты VII…XI групп	< 0,45	0,45…0,75	1,3…2,15
Мерзлые грунты V…VII групп	< 0,35	0,35…0,55	1,0…1,75

V – объем грунта, подлежащий выбросу или рыхлению, м³;

l – расстояние от заряда до ближайшей открытой поверхности земли – горизонтальной, вертикальной или наклонной, называемое «линией наименьшего сопротивления» ЛНС (рисунок 30)

Для обеспечения усиленного выброса масса заряда Q_у определяется по формуле

, (12)

где Q_в – масса ВВ определяемая по формуле (5) при значении q для нормального выброса, кг;

n – показатель выброса, равный n = r / l ,

r – радиус воронки, м (см. рисунок 29 в),

l – то же, что и в формуле (11).

Показатель выброса обычно принимается в пределах n = 1…3.

При линейном (удлиненном) заряде его масса определяется на 1 м длины по формуле

(13)

где Q_у – масса ВВ определяемая по формуле (6), кг;

n, l – то же, что и в формуле (6).

Параметры образующихся при взрыве выемок могут приближенно рассчитываться по формулам, приведенным в таблице 7 (обозначения те же, что и в формулах (11), (12)).

Таблица 7 – Формулы расчета параметров выемок

Параметры выемки	При сосредоточенном заряде	При линейном заряде
Видимая глубина выемки h (r –радиус воронки, b –ширина траншеи после взрыва)	h =Al(2n-1) n =r/l A=0,45– для глин и суглинков A=0,35–для остальных грунтов	h =Al(2n-1) n = b/l А – то же, что и при сосредоточенном заряде.
Высота вала выброшенного грунта hв	h в= 0,1nl	h в= 0,6nl
Ожидаемый разлет комьев грунта L	L = 5nl	L = 20n2 l

Граница безопасной зоны для зданий и инженерных сооружений (сейсмическое действие взрыва):

, (14)

где Q_Σ – суммарная масса одновременно взрываемых зарядов ВВ, кг;

k₁ – коэффициент, зависящий от n, k₁= 0,7…1,2;

k₂ – коэффициент, зависящий от вида грунта: для скальных грунтов

k₂ = 3…5, для грунтов средней плотности (глин, песков) k₂= 7…9, для слабых водонасыщенных грунтов k₂ = 10…20.

Кроме сейсмического действия, взрыв создает также ударную воздушную волну. Опасность ее оценивается индивидуально для каждого конкретного случая, так как она зависит от многих факторов, особенно от вида и состояния соседних объектов.

Пример: Определить безопасную зону для зданий, построенных на грунтах средней плотности, и зданий на слабых водонасыщенных грунтах, если суммарная масса одновременно взрываемых зарядов ВВ составляет 8 кг, при нормальном выбросе (без учета действия взрывной волны).

Воспользуемся формулой (14), принимая для зданий на грунтах средней плотности k₁= 0,7, k₂= 7, Q_Σ = 8 кг.

10м

То же для зданий, построенных на слабых грунтах k₁= 0,7, k₂= 20, Q_Σ = 8 кг

28 м

При проектировании производства земляных работ взрывным способом большое значение имеет правильность размещения зарядов во взрываемом массиве грунта. Такие вопросы решаются с учетом многих факторов, в том числе местного опыта проведения взрывных работ. Тем не менее, существуют правила, которые в той или иной мере применимы к любым условиям. Например, для получения выемок больших размеров заряды обычно размещают в вертикальных шпурах или скважинах, пробуренных в пределах контура выемки равномерно в один или несколько рядов (рисунок 31а). Для одновременного взрыва, как правило, используются не более трех рядов. Шаг шпуров (скважин) а принимается равным:

а = т l, (15)

где т = (п+1)

п и l – то же, что и в формулах (11), (12).

Глубина заряда в скальных грунтах обычно принимается равной глубине выемки (или глубине яруса, если работы организованы в несколько ярусов), в нескальных – на 1…2м глубже. Если выемка представляет котлован для фундамента сооружения, то оставляется защитный слой (0,4…2,5м), который дорабатывается мелкошпуровыми взрывами или механическим способом.

В глинистых грунтах при взрыве может существенно снижаться их фильтрационная способность. По этой причине при устройстве дрен в таких грунтах взрывной способ нежелателен, а для магистральных оросительных каналов, напротив, он эффективен, так как снижает потери воды.

Рисунок 31 Примеры схем расположения зарядов:

а – образование выемки, б – образование насыпи (пунктиром показан вариант расположения зарядов ВВ в вертикальных шпурах или скважинах); 1 – заряд ВВ, 2 – направления перемещения взорванного грунта, 3 – проектный профиль насыпи

При необходимости направленного выброса заряды размещают так, чтобы линии наименьшего сопротивления соответствовали намеченному перемещению грунта (рисунок 31 б). Иногда для этого удобно организовывать взрывы не одновременно, а с запаздыванием на 1…3с, с тем чтобы предыдущие взрывы создавали условия (нужное расположение линий наименьшего сопротивления) для последующих взрывов, т.е. обеспечивали бы требуемые направления перемещения взрываемого грунта. В зависимости от конкретных условий (размеров и крутизны обрушиваемых склонов, размеров и конфигурации возводимой насыпи и т.д.) направления шпуров или скважин могут быть вертикальными, горизонтальными или наклонными, что, в частности, видно и из рисунка 30б.

При корчевке пней и дроблении крупных камней используется мелкошпуровой способ взрывов. Возможные способы размещения зарядов показаны на рисунке 32.

Взрывные работы требуют особого внимания к вопросам техники безопасности. К работам такого типа могут допускаться только лица, имеющие соответствующие удостоверения (сертификаты).

Рисунок 32 Размещение зарядов ВВ при корчевке пней и дроблении камней:

а– в шпуре, б – в котловом шпуре, в – в шпуре, пробуренном в пне, г – в подкопе под камнем, д – в шпуре пробуренном в камне, е– на поверхности камня; 1 –заряд ВВ, 2 – забойка, 3 – огнепроводный шнур, связанный с КД или провод ЭД

Основные правила проведения взрывных работ связаны с установлением опасной зоны, с ее обозначением флажками или ограждением, подачей звуковых и световых сигналов, организацией укрытий для взрывников, устройством защитных сеток вокруг места взрыва в населенных пунктах, строгим соблюдением правил хранения ВВ.

Контрольные вопросы:

1. Что называют зарядом ВВ и какие операции необходимы для приготовления заряда?

2. Какие выработки делают в грунте для закладки зарядов ВВ?

3. Какие виды ВВ применяются в народном хозяйстве?

4. Какие три способа взрывания применяют при земляных работах? Каковы области их рационального применения?

5. Приведите примеры расположения зарядов ВВ при устройстве земляных сооружений, при расчистке территорий от пней, камней.