Опубликовано: 21 Июнь 2017 05:24:57

Взрывные работы

Ручная разработка плотных слежавшихся грунтов и особенно твердых горных пород требует значительной затраты рабочей силы и времени. Поэтому ручной способ разрыхления в большинстве случаев заменяется взрыванием грунтов при помощи взрывчатых веществ (сокращенно ВВ).

Взрывчатое вещество в результате зажигания или от удара образует большое количество газов, разрушающих ту среду, в которой был заключен заряд.

Большинство взрывчатых веществ при зажигании их на открытом воздухе сгорает без взрыва. Если же взрывчатое вещество поместить в закрытом пространстве, то выделившиеся при горении в большом количестве газы разрушают тело, препятствующее их расширению. Чем быстрее протекает взрыв, тем сильнее его разрывное действие. Для ускорения действия взрыва взрывчатое вещество должно получить удар максимальной силы. Это достигается взрыванием небольших количеств особых взрывчатых веществ, передающих; заряду чрезвычайно сильные и короткие удары. Способность взрывчатого вещества взрываться под влиянием произведенного вблизи него взрыва другого вещества называется детонацией, а взрыватели, вызывающие детонацию, — детонаторами.

Чем сильнее измельчен поглотитель, тем больше взрывная сила смеси. Для изготовления заряда сильно измельченный поглотитель заключается в патроны из оберточной бумаги, которые опускаются в термос с жидким кислородом. Патрон поглощает жидкий кислород в количестве 250—350% от своего веса. Кислород быстро испаряется из заряженного патрона и с течением времени взрывная сила патрона исчезает. Длительность сохранения патроном взрывной силы по опытам на Днепрострое составляет:
при диаметре патрона
5см - 20 мин;
7см - 25 мин;
10см - 35 мин;
15см - 50 мин;
20см - 70 мин.

Если в силу каких-либо причин не происходит взрыва патрона, то спустя некоторое время такой патрон, теряя взрывную способность, не представляет никакой опасности. Следует иметь в виду, что оксиликвитные патроны с высоким содержанием жидкого кислорода очень чувствительны к ударам и повышению температуры. Поэтому во избежание неожиданных взрывов обращение с ними должно быть чрезвычайно осторожным 1.

1. При производстве работ с применением взрывчатых веществ необходимо соблюдение специальных правил техники безопасности, установленной для этих работ.

2) Аммониты представляют собой смесь аммиачной селитры и некоторых других взрывчатых веществ с горючими веществами. Для увеличения бризантности действия аммонитов в состав их вводят порошок алюминия. Такие взрывчатые вещества называются аммоналами. Аммониты и аммоналы получили самое широкое распространение на строительных работах благодаря относительно небольшой стоимости, сравнительной безопасности обращения с ними, нечувствительности к механическим воздействиям (удару, трению и пр.) и нечувствительности к морозу. Недостатком их является способность быстро впитывать влагу и при этом терять взрывную силу. Аммониты выпускаются заводами в патронах по 100, 200 или 300 г. Для работы в сырых местах патроны делаются из пергаментной бумаги, покрытой целлулоидом или резиной.

3) Динамиты представляют собой какое-либо пористое или волокнистое вещество, пропитанное сильно взрывчатым веществом — нитроглицерином. Особенностью динамитов являются чрезвычайная чувствительность к морозу и способность в мерзлом состоянии взрываться при малейшем механическом воздействии. Ввиду этих обстоятельств динамиты в последнее время сравнительно редко применяются на строительных работах.

Рис. 83. Схема действия взрыва.

Действие взрыва распространяется в породе равномерно во все стороны концентрическими шарообразными поверхностями — сферами, причем по мере удаления от центра заряда энергия взрыва постепенно уменьшается. Различают три сферы действия взрыва (рис. 83, а): 1) сфера сжатия, или измельчения; 2) сфера разрыхления; 3) сфера колебания, или сотрясения. Сферы сжатия и разрыхления вместе называются сферой разрушения, а радиус этой сферы называетстся радиусом разрушения, или радиусом действия заряда.

Величина радиуса действия заряда зависит от величины самого заряда, от вида взрывчатого вещества и от степени сопротивления среды (характер породы, сцепление ее частиц, трещиноватость и т. п).

Кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности земли или до поверхности породы, на которую обращено действие взрыва, называется линией наименьшего сопротивления (ЛНС) — w.

Расстояние от центра заряда, до края воронки называется радиусом взрыва R. Отношение n= R : w называется раствором воронки.

Заряд взрывчатого вещества, подготовленный к взрыву, называется горном. В зависимости от величины отношения радиуса воронки к линии наименьшего сопротивления или линии наименьшего сопротивления к радиусу взрыва различают пять видов горнов (рис. 84)

Рис. 84. Виды горнов.

1) простой r = w (рис. 84, а);
2) усиленный r больше w (рис. 84,6);
3) уменьшенный r4) выпирающий r = w (рис. 84, г);
5) камуфлет r
Простой и усиленный горны закладываются для размельчения и выброса породы. Уменьшенный и выпирающий горны нарушают лишь сцепление в породе. Камуфлет, не производя никакого действия на поверхности земли, разрыхляет и перемешивает породы на глубине залегания, образуя пустоту в породе (камуфлетная пустота).

По расположению зарядов различаются одиночные и сближенные горны. Сближенные горны закладываются один от другого на расстоянии, не превышающем величины радиуса воронки (г).

Расчет заряда для простых и выпирающих горнов и камуфлетов в СССР производится по упрощенной формуле Гаузера:
C=х * w * 3
где С — вес заряда в кг;
х — коэфициент прочности породы, силы взрывчатого вещества и характера горна (табл. 35);
w — линия наименьшего сопротивления в м.

Таблица. 35. Величина коэффициента х для расчета горнов.

Примечание. При употреблении динамита вводить коэфициент 0,8.

В тех случаях, когда взрывным способом должна быть образована выемка и разрыхленная порода выбрасывается взрывом за пределы выемки, расчет заряда производится для усиленного горна по формуле Борескова:
Q = С х (0,4 + 0,6 х n3),
где Q — вес заряда в кг*
С — вес заряда для простого горна в тех же условиях в кг;
n — отношение задаваемого радиуса воронки к линии наименьшего сопротивления n.

N=R : w
Формула Борескова применима при w < или равно 15,0 м.

При взрыве простого одиночного горна часть породы выбрасывается за пределы воронки, образуя вокруг нее вал, а часть породы падает обратно в воронку. В результате воронки простых горнов освобождаются от породы на высоту около 0,5м, а воронки сближенных горнов — на высоту 0,75 м—1,0 м.

Взрыв основного заряда происходит под влиянием удара при взрыве капсюля-детонатора. Последний, представляет собой алюминиевую, латунную или из красной меди трубку, часть которой заполнена спрессованным сильно взрывчатым веществом (гремучая ртуть и др.). Эта трубка вставляется в боевой патрон. Взрыв капсюля может быть осуществлен или электрическим током или огневым способом посредством бикфордова шнура.

Бикфордов шнур состоит из спрессованного в виде шнура пороха, сквозь который проходят две хлопчатобумажные нити; снаружи шнур обернут рядом оболочек из льна, пеньки, джута, смолы, асфальта, парафина и пр. Число оболочек — от 5 до 9. Бикфордов шнур вставляется одним концом в капсюль-детонатор. Запал производится зажиганием бикфордова шнура с противоположного конца. Спрессованный порох посте¬пенно выгорает и, дойдя до капсюля, взрывает его. Скорость горения шнура — 60—90 см/мин.

При помощи взрыва производятся следующие работы:
1) Выемки скальные и земляные, разрабатываемые на выброс для получения проектных очертаний выемки.

К этой группе работ относятся: разработка выемок, канав, траншей, котлованов на вымет, сброс отвалов в карьерах и рудниках за пределы разработок, сброс нависших косогоров и т. п.

2) Разрыхление скальных, каменистых и плотных землистых грунтов для последующего удаления их землеройными снарядами или ручным способом.

3) Вспомогательные работы.

К этой группе относятся: корчевка пней и валка леса, уплотнение оснований под насыпи, осаживание насыпи на болотах, взрывание льда, разрушение зданий и фундаментов, предназначенных к сносу и препятствующих производству земляных работ, и т. д.

В практике встречаются следующие способы взрывных работ.

а) Шпуровой способ (наиболее распространенный) характеризуется тем, что заряды располагаются в скважинах (шпурах) небольшого диаметра (d = 25 — 60 мм) и занимают их нижнюю часть. При взрыве заряд действует непосредственно на породу и производит ее дробление.

б) Котловый, или камуфлетный, способ отличается от шпурового тем, что в обыкновенном цилиндрическом шпуре при помощи небольшого вспомогательного заряда предварительно образуется камера для помещения заряда большого объема. Применяется этот способ в тех случаях, когда рассчитанный заряд не может быть размещен в выбуренном шпуре.

в) Метод глубокого бурения (колонковый заряд) применяется при высоте забоя не менее 8 м. Диаметр скважины = 125—200 мм. Этот метод понижает удельный расход взрывчатого вещества и тем самым значительно удешевляет производство работ.

г) Метод минных колодцев в общем, сходен с методом глубокого бурения и дает возможность применять еще более мощные заряды взрывчатого вещества при необходимости одновременного взрыва массива породы, исчисляемого сотнями тонн.

Метод минных колодцев применяется в карьерах и при разработке больших выемок.

д) Метод массового обрушения заключается в том, что заряды размещаются в ряде камер, расположенных вдоль штолен, которые прокладываются в массивах породы, подлежащих взрыву. Сущность этого метода заключается в том, что разрушается и выбрасывается нижняя часть забоя с таким расчетом, чтобы верхняя часть при сотрясении обрушилась в образованное взрывом пространство. Линия наименьшего сопротивления должна быть не менее 1/2 и не более 2/3 высоты забоя, а наименьшая высота забоя — не менее 15 м. При высоких забоях может быть применен двухъярусный взрыв (взрывание забоя двумя уступами). Стремление к уменьшению удельного расхода на бурение диктует разработку забоев максимально высокими уступами. Уменьшение длины скважины на 1 м3 породы с увеличением глубины забоя усматривается из табл. 36.

Ручное и перфораторное бурение не всегда может дать глубокие скважины достаточного диаметра для помещения заряда соответствующей мощности. Поэтому при крупных работах по разрыхлению породы применяется канатное бурение (рис. 86), дающее возможность глубину скважины доводить до 30—40 м и более при d = 150—200 мм.

Расстояния между скважинами и минными колодцами определяются
расчетом, который при значительных объемах работ проверяется опытными взрывами. В случае, если при подрыве требуется мелкое дробление породы, расстояния между скважинами уменьшаются. Если же требуется только обрушение породы, расстояние между скважинами увеличивается до возможного предела.

Таблица. 36. Глубина бурения на 1 м3 взорванной породы в см при различной высоте забоя.

После обрушения больших массивов дробление отдельных крупных глыб производится местными взрывами. Существует несколько способов такого дополнительного дробления, Способ открытых зарядов применяется при объеме глыб не свыше 5—6 м3 и заключается в том, что заряд помещается непосредственно на поверхности глыбы в естественных ее углублениях. Этот способ требует много взрывчатого вещества, но затраты рабочей силы при этом незначительны.

При другом способе в глыбе бурят ряд небольших бурок небольшого диаметра, в которые и закладывают мелкие заряды.

При разработке выемок гидротехнических сооружений (котлованы шлюзов и плотин, откосы каналов) не допускается нарушение структуры грунта и образование трещин в местах будущего воздействия воды на откосы и дно сооружения. В таких сооружениях по мере приближения разработки к откосу или дну выемки мощность зарядов уменьшается с таким расчетом, чтобы в результате взрыва не была нарушена структура грунта. При этом не исключается возможность доработки откосов и дна ручным способом или механическими снарядами без предварительного рыхления посредством взрывов.

Рис. 85. Схемы расположения буровых скважин.

Расположение скважин для закладки зарядов осуществляется в зависимости от очертания забоя, категории грунта, характера напластований и т. д.

При наличии слоистых пород направление шпуров или скважин глубокого бурения следует намечать перпендикулярно слоям, иначе газы, образующиеся при взрыве, будут распространяться по трещинам породы и эффективность взрыва сильно уменьшится.

В плане скважины обычно располагаются в шахматном порядке (рис. 85, а), причем для увеличения действия взрыва сначала взрываются заряды в ряду скважин, расположенном ближе к откосу забоя и тотчас же вслед за ними — заряды второго ряда.
В отдельных случаях для увеличения эффекта взрыва скважины располагаются, как показано на рис. 85, в, и заряды взрываются в этом случае одновременно.

При колонковом методе (стр. 81) ведения взрывных работ скважины располагаются согласно рис. 85, б.