Содержание страницы
1. Методы проведения, материалы и оборудование для взрывных работ
Взрывные работы широко применяются в строительстве для разработки выемок, устройства насыпей, рыхления скальных пород и мёрзлых грунтов, ликвидации ледяных заторов, при сносе строений, уборке крупных камней и многих других работах (рис. 1).
Рис. 1 – Взрывные работы при сносе строений
К взрывчатым материалам относятся взрывчатые вещества и средства взрывания.
Взрывчатые вещества (ВВ) представляют собой химические соединения (тол, гексоген, нитроглицерин и др.) или механические смеси (аммонит, порох, динамит др.), способные под действием нагревания или удара разлагаться со скоростью в несколько тысяч м/с, образуя при этом большое количество газов.
В результате этого возникает ударная волна, которая, распространяясь во все стороны окружающей среды, оказывает разрушающее действие, называемое взрывом. По скорости взрывчатого превращения и зависящего от него характера воздействия на окружающую среду ВВ делят на две основные группы – метательные и бризантные (дробящие).
Метательные ВВ характеризуются незначительной скоростью взрывчатого разложения (400…2000 м/с) и дают при взрыве медленное образование газов с постоянным нарастанием давления, которое раскалывает окружающую породу на куски и отбрасывает их. Для них характерно фугасное (метательное) действие, происходящее на некотором расстоянии от заряда. Применяют для выброса грунта и образования выемок (например, дымный порох — механическая смесь калиевой селитры, серы и древесного угля).
Бризантные ВВ характеризуются высокой скоростью взрывчатого разложения (2000…8500 м/с) и вследствие этого способностью дробить породу без ее разброса. Применяют для дробления скальных пород. К числу бризантных ВВ относятся: динамит, аммониты, тол др. В группу бризантных ВВ входят и инициирующие ВВ. К ним относятся: гремучая ртуть, азид свинца и др. Будучи весьма чувствительными к внешним импульсам (искра, удар и т.д.), инициирующие ВВ используются в качестве начального импульса для возбуждения взрыва.
По своему составу различают следующие основные группы ВВ: аммиачно-силитренные, нитроглицериновые, оксиликвиты, азиды и соли гремучей кислоты. Наиболее часто в строительстве используются первые три группы ВВ. По агрегатному состоянию различают порошкообразные, крупнодисперсные, прессованные, литые и пластические ВВ. Классифицируются ВВ также по таким свойствам, как водоустойчивость, слеживаемость и гигроскопичность.
К средствам взрывания и воспламенения относят капсюль-детонатор, электродетонатор, детонирующий шнур, огнепроводный шнур, зажигательную свечу, зажигательный патрон.
Капсюль-детонатор предназначен для возбуждения детонации при производстве взрывных работ способом огневого взрывания. Капсюлидетонаторы выпускают в виде металлической или бумажной гильзы в которую запрессован заряд инициирующего и бризантового ВВ. Детонатор взрывается при поступлении искры через огнепроводный шнур. Капсюль-детонатор требует весьма осторожного обращения, так как способен взрываться от удара, трения или искры.
Электродетонатор состоит из капсюля-детонатора и электровоспламенителя, вмонтированного в гильзу капсюля-детонатора и закрепленного пластикатовой пробкой.
Электровоспламенитель представляет собой два провода с припаянным к ним мостиком накаливания из тонкой нихромовой проволоки и нанесенным на него воспламенительным составом. Различают электродетонаторы мгновенного действия, в которых процесс воспламенения и горения воспламенительного состава происходит за миллисекунды, и замедленного действия со временем замедления 0,5; 0,75; 1,5; 2; 4; 6; 8; 10 и 15 с. Имеются также электродетонаторы короткозамедленного действия с интервалом замедления в десятки миллисекунд (рис. 8).
Рис. 8 – Подготовка к проведению взрывных работ
Детонирующий шнур (ДШ) служит для непосредственного взрывания зарядов некоторых ВВ, для детонации заряда от капсюля-детонатора или электродетонатора и состоит из сердцевины, которая представляет собой высокобризантное взрывчатое вещество тэн (продукт нитрации четырехатомного спирта и пентаэретрита) и заключена в три спиральные нитяные оплетки. Средняя и наружная оплетки покрыты изолирующим составом и лаком, предохраняющими сердцевину от увлажнения и механических повреждений.
Огнепроводный шнур (ОШ) применяют для передачи пучка искр капсюлю-детонатору за определенный промежуток времени путем зажигания его зажигательной спичкой (зажигательный состав в бумажной гильзе). Огнепроводный шнур имеет наружную оплетку из хлопчатобумажных нитей и слабо спрессованную сердцевину из зерен дымного шнурового пороха, сквозь которую проходит направляющая нить. Скорость горения огнепроводного шнура равна 1 см/с. Для работы в сухих и влажных забоях применяют асфальтированный шнур (джутовая или пеньковая пряжа со смоляной изоляцией); в мокрых забоях и под водой – двойной асфальтированный, гуттаперчевый или полихлорвиниловый шнуры.
Огнепроводный шнур необходимо хранить в сухом помещении и не держать на солнце.
Зажигательный патрон представляет собой бумажную гильзу с помещенной в ней пороховой лепешкой и служит для группового зажигания огнепроводных шнуров.
Зажигательная свеча изготовляется в виде бумажной гильзы с зажигательным составом и предназначена для зажигания ОШ.
Для осуществления взрыва ВВ формируют в заряды.
2. Способы взрывания с применением накладных и глубинных зарядов
Для взрывания зарядов ВВ применяют следующие способы: огневой, электрический и при помощи ДШ. По времени взрывания отдельных зарядов различают мгновенное, короткозамедленное и замедленное взрывание.
Огневой способ применяется для взрывания одиночных зарядов или разновременного взрывания группы зарядов. При огневом способе взрывания из капсюля-детонатора и ОШ изготовляется зажигательная трубка, которая в соединении с патроном ВВ образует патрон-боевик. Последний вводится в заряд ВВ и взрывает его при воспламенении зажигательной трубки.
Электрический способ применяется, когда необходимо взорвать большую серию зарядов на значительном расстоянии одновременно или с необходимым замедлением. Для этого используют различные соединения электрических сетей и замедлители взрывания.
Взрывание при помощи детонирующего шнура производят без введения капсюля-детонатора в заряд ВВ.
По месту расположения различают заряды наружные (накладные) – располагаемые на поверхности разрушаемых объектов и внутренние – в специальных выработках (шпурах, скважинах, рукавах и камерах), называемых зарядными камерами (рис. 9).
Рис. 9 — Методы ведения взрывных работ (размеры в м): а) шпуровыми зарядами; б) скважинными зарядами; в) котловыми зарядами; г) малокамерными зарядами; д), е) камерными зарядами; ж) щелевыми зарядами; 1 – заряд ВВ; 2 – забойка; 3 – грудь забоя; 4 – рукав; 5 – шурф; 6 – штольня; 7 – рабочая щель; 8 – компенсационная щель
По форме заряды делятся на сосредоточенные, удлиненные и фигурные.
Сосредоточенный заряд может иметь форму куба, шара или цилиндра, высота которых не превышает пяти диаметров.
Удлиненный заряд имеет форму цилиндра, высота которого больше пяти диаметров основания, или параллелепипеда с высотой, в пять раз превосходящей малую сторону основания. Применяется он, главным образом, в шпурах, скважинах и рукавах.
Фигурный заряд может быть разнообразной, иногда довольно сложной формы, которая зависит от характера необходимого разрушения и условий рационального размещения заряда на данной площади.
Для повышения эффективности действия ВВ применяют кумулятивные заряды, отличающиеся от обычного наличием цилиндрической или конической внутренней полости, с одной стороны прикрытой крышкой из инертного материала. Стенки полости покрывают металлической оболочкой.
При взрывании заряда полость быстро сжимается, в ее узком отверстии создаётся очень высокое давление газов, и под влиянием ударной волны с весьма высокой скоростью выбрасывается металлическая струя большой пробивной силы. Такими зарядами взрывают металлические и железобетонные конструкции.
По действию, оказываемому на окружающую среду (на взрываемую породу), различают заряды выброса (в практике называемые горнами), рыхления и камуфлеты (для образования пустот) (рис. 10).
Рис. 10 — Действие заряда на взрываемую породу: а) выброс; б) выпирающий горн; в) камуфлетный горн; 1 – разрыхленная порода; 2 – раздробленная порода, падающая обратно в воронку; 3 – отвалы породы после взрыва; 4 – очертания видимой воронки; 5 – очертания воронки в момент взрыва
Количество взрывчатого вещества в заряде определяется расчетом в зависимости от назначения взрыва. При взрыве на выброс в грунте образуется конусообразное углубление, называемое воронкой. Грунт, выброшенный взрывом, под действием силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее.
Воронки взрыва имеют радиус разрушения r и линию наименьшего сопротивления W, равную кратчайшему расстоянию от центра воронки до ближайшей свободной поверхности.
Действие взрыва принято характеризовать величиной отношения, называемого показателем действия взрыва
n = r / W
Показатель n характеризует также и заряды. При n = 1 заряд нормального выброса и воронка нормального выброса, при n > 1 заряд и воронки усиленного выброса и при n < 1 – уменьшенного выброса.
При n = 0,75 не происходит выброса грунта, а имеется только рыхление в объеме воронки и выпучивание на поверхности. Выбор вида и величины заряда зависит от целей взрывания. Масса заряда определяется по эмпирическим формулам, которые в большинстве случаев являются функциями величин удельного расхода ВВ, объема взрываемого грунта или параметров воронки (горна). Расчетный расход ВВ проверяют до производства основных взрывов на месте работ пробным взрыванием.
3. Методы ведения взрывных работ
Метод шпуровых зарядов применяют на открытых и подземных разработках. Сущность его состоит в том, что удлиненные заряды располагают и взрывают в шпурах. Заряд ВВ в шпуре должен занимать не больше 2/3 его длины, верхнюю треть шпура заполняют забивкой. Шпуры забивают сначала пластичной песчаноглинистой смесью, а затем песком или буровой мукой. Влажные шпуры, заряженные негигроскопическими ВВ, вместо забивки можно заливать водой. При заряжении шпура применяют рассыпные и патронированные ВВ, которые осторожно вводят в шпур и слегка уплотняют забойником. Патронбоевик вводят последним.
На открытых работах шпуровой метод используют при небольшой мощности пластов или при послойной разработке грунтов. Взрывают каждый ряд шпуров одновременно, сначала – ближайший к забою ряд, затем – последующие, используя электрический способ взрывания или ДШ. При наличии электродетонаторов замедленного действия заданная последовательность взрывания рядов обеспечивается различным замедлением в рядах.
По глубине шпуров различают мелкошпуровой метод и метод глубоких шпуров.
Мелкошпуровое взрывание используют при вторичном взрывании больших камней, корчевке пней, рыхлении смерзшегося грунта и др. Глубина шпура при этом превышает 2 м.
Метод глубоких шпуров применяют при взрывных работах с высотой уступа до 10 м для сброса и обрушения грунта, а также на открытых работах при небольшой мощности пластов или при послойной разработке грунтов.
Одиночные шпуровые заряды применяют для дробления отдельных камней или корчевания пней. Групповые заряды используют для дробления и рыхления скальных и мерзлых грунтов. Шпуровые заряды применяются также для разрушения предназначенных к сносу зданий и сооружений. При взрывании кирпичных стен горизонтальные шпуры располагаются в шахматном порядке в два ряда, а в углах стен – по биссектрисе на глубину 2/3 толщины стены.
Метод скважинных зарядов отличается от шпурового только тем, что заряды размещают в скважинах диаметром 75…300 мм и глубиной до 30 м. Скважины бурят ниже подошвы забоя (перебур) на глубину 1…2 м, что повышает эффект действия взрыва. Заряжают скважины удлинёнными или сосредоточенными зарядами по всей высоте, за исключением самой верхней части, в которой размещается забивка. Забивочный материал для скважин должен быть сыпучим и мелким.
Расстояние скважин от забоя h зависит от высоты забоя H и назначается в пределах от 0,5 Н (при H = 10 м) до 0,25 Н (при H = 25 м).
Расположение скважинных зарядов может быть одиночное и групповое в один или несколько рядов в шахматном порядке.
Взрывание одиночных шпуровых и скважинных зарядов производят огневым способом, групповых – электрическим (рис. 11, 12).
При электрическом способе сеть необходимо дублировать. Взрывать можно мгновенно и с замедлением. При короткозамедленном взрывании достигается лучшее дробление породы, снижается удельный расход ВВ и уменьшается интенсивность сейсмического действия взрыва.
Рис. 11 – Подготовка к проведению взрывных работ
Рис. 12 – Проведение взрывных работ
Метод котловых зарядов применяют в тех случаях, когда заряд ВВ не вмещается в обычном шпуре (скважине). При этом устраивают камеру (котел) на дне шпура, подрывая несколько опущенных небольших зарядов. После первого прострела обычного шпура на дне образуется небольшой котел; затем производят второй прострел, третий и так далее, пока не будет получен требуемый объем котла.
Метод котловых зарядов значительно производительнее шпурового, так как обеспечивает большой объем взрываемой породы и уменьшение дорогостоящих буровых работ.
Метод камерных зарядов применяют при массовых взрывах на выброс или обрушение для разработки котлованов или каналов значительных размеров. Он заключается в том, что в разрабатываемой породе делают вертикальные колодцы (шурфы) или горизонтальные галереи (штольни), из которых в боковых направлениях устраивают большие зарядные камеры для размещения крупных сосредоточенных зарядов. Колодцы и штольни крепят рамами и досками.
Взрывчатое вещество размещают в камере россыпью или в заводской упаковке. Во избежание слёживаемости порошкообразных зарядов ВВ в минных камерах устраивают отсеки из деревянных ящиков. В целях обеспечения полного и безотказного взрывания больших зарядов на каждую точку ВВ закладывают отдельный промежуточный детонатор, состоящий из двух-трех больших шашек тротила или связки из нескольких капсюлейдетонаторов, помещенных в сухой аммонит. Колодцы и штольни забивают грунтом; в процессе забивки периодически проверяют исправность электровзрывной сети.
Метод малокамерных зарядов (зарядов в рукавах) применяют при высоте забоя менее 6 м, преимущественно в нескальных грунтах. Длина рукава должна составлять 2/3 высоты забоя, но не более 6 м, а расстояние между рукавами, в зависимости от размеров кусков породы – 0,8…1,5 h. Заряд ВВ закладывают в рукав на поддоне. Забивку рукавов нужно выполнять тщательно.
Метод наружных (накладных) зарядов заключается в расположении зарядов ВВ в небольших углублениях либо на поверхности взрываемого объекта (рис. 13). Заряд ВВ прикрывается забоечным материалом, а где это невозможно, привязывается к объекту.
Рис. 13 – Проведение взрывных работ
При этом методе не нужно бурить шпуры, но использование ВВ весьма неэффективно и расход его в 8…10 раз больше, чем при взрывании другими способами.
Метод накладных зарядов в основном применяется для дробления негабаритных кусков взорванной породы и валунов, разрушения конструкций, при валке деревьев и корчевке пней, при дноуглубительных работах.
При необходимости устройства нешироких траншей в зимних условиях может быть применен метод рыхления мерзлого грунта щелевыми зарядами ВВ. При этом методе при помощи баровой машины на базе трактора или роторного экскаватора с баровой установкой с двух сторон траншей в мерзлом грунте прорезаются щели – рабочая и компенсирующая.
Первая щель предназначена для закладки одного, двух или трех удлиненных зарядов ВВ. Согласно опытным данным, при глубине щели до 2 м достаточно двух удлиненных зарядов ВВ, расположенных друг над другом в забое щели на расстоянии по высоте до 6…8 диаметров заряда. При этом нижний удлиненный заряд укладывают по всей длине щели, а верхние – с промежутками.
При взрыве нижний ряд зарядов как бы подрезает основание призмы грунта, а верхние дробят его. Грунт силой взрыва смещается в сторону компенсирующей щели. Разрыхленный мерзлый грунт затем выбирается экскаватором, оборудованным прямой лопатой.
Рыхление мерзлых грунтов щелевыми зарядами ВВ способствует получению при взрыве проектного контура траншеи без необходимости зачистки основания и стенок. При щелевом методе рыхления мерзлых грунтов по сравнению со шпуровым производительность труда возрастает в 4…5 раз.
Щелевые заряды ВВ могут применяться при рыхлении грунтов на больших площадях. В данном случае, используя щели в качестве дополнительных плоскостей скольжения, можно увеличить эффект рыхления грунта и снизить расход ВВ (рис. 14).
Рис. 14 — Односторонне направленный выброс: 1 – заряды, 2 – колодцы, 3 – минные камеры
4. Охрана труда при производстве взрывных работ
При производстве взрывных работ необходимо строго соблюдать утвержденные Госгортехнадзором «Единые правила безопасности при взрывных работах», а также другие действующие нормативные документы.
Взрывные работы могут производиться только при наличии разрешения инспекции Госгортехнадзора. К работе допускаются лица, сдавшие экзамен квалификационной комиссии.
Непременным условием ведения взрывных работ является определение границ зоны безопасности, за пределами которой исключено поражение людей, механизмов и сооружений в результате сейсмических воздействий, действия ударной воздушной волны, разлета кусков разрушаемого взрывом материала.
Радиусы опасной зоны устанавливаются специальными расчетами. Так, размер минимального радиуса безопасной зоны R может быть определен по формуле
где m – масса взрываемого наружного заряда ВВ, кг.
При наличии укрытий значение R может быть уменьшено в 1,5 раза.
Установленная опасная зона оцепляется. Перед взрывом взрывники и инженерно-технический персонал удаляются за пределы опасной зоны в искусственные или естественные укрытия. В укрытии размещаются также рубильники электросети, временная электростанция или взрывная машинка.
О предстоящем взрыве предупреждают сигнализацией, звуковой или цветовой при помощи флажков. В ночное время сигналы подаются красным фонарем.
По первому сигналу (предупредительному) оцепляется опасная зона, заряжаются ВВ камеры и удаляется весь персонал, кроме подрывников.
По второму сигналу производятся подготовительные операции, связанные со взрывом (подготовка к зажиганию шнуров или измерение сопротивления электросетей и присоединение проволоки к зажимам рубильника).
По третьему сигналу зажигается шнур или включается ток. Перед взрывом дежурный подрывник взрывает специальную контрольную трубку. Этот взрыв является сигналом, по которому все остальные подрывники уходят в укрытие. Отбой производится по четвертому сигналу. Этот сигнал разрешает взрывникам подходить к местам взрывов, а также снимать сигнальные флажки или фонари.
При подрывании грунтов и скальных пород предпринимают следующее:
- магистральные провода подводят к группам зарядов с необходимой слабиной во избежание выдергивания электродетонаторов при подсоединении участковых проводов;
- шпуры и скважины, прежде чем вводить в них заряды ВВ, тщательно прочищают; в расчетах учитывают, что при сильном ветре дальность разлета крупных кусков грунта в направлении ветра увеличивается на 20…50 %; при наличии камней в грунте или комьев мерзлого грунта дальность разлета некоторых кусков может увеличиться в полтора раза.
При прекращении работ неизрасходованные ВВ и средства взрывания сдают на расходный склад; средства, не пригодные для дальнейшего использования, уничтожают.
Важным условием безопасности является правильное хранение взрывчатых материалов (ВМ). Склады ВМ размещаются вне опасной зоны и вдали от строений. Расстояние от ограждения до склада не должно составлять более 40 м. Вокруг ограды устраивается запретная зона шириной не менее 50 м. Хранение ВМ должно быть рассредоточено. При этом в одном хранилище запрещается хранить более 3 т ВВ.
Перевозка ВВ и особенно нитроглицериновых сопряжена с опасностью взрыва. Поэтому необходимо строго соблюдать требования правил безопасности при взрывных работах.