lukyanov-взрывные работы

Радиус опасной зоны при рыхлении определяется с условием перерасчёта значения л.н.с. заряда рыхления Wр в условную л.н.с. заряда нормального выброса:

По полученному значению условной л.н.с. в графе, относящейся к зарядам с показателем, равным единице (табл. 5.2), находят значение радиуса опасной зоны.

Таким образом, при выборе места расположения поверхностного склада определяют безопасное расстояние до ближайших строений с учётом действий: сейсмических, волн детонации, воздушных волн и разлёта кусков. В качестве расчетного заряда выбирается хранилище с максимальной вместимостью ВВ. Безопасные расстояния рассчитывают для каждого заряда (хранилища, штабеля) в отдельности, при этом в качестве безопасного выбирается наибольшее из рассчитанных значений.

Минимальные безопасные расстояния для людей, м

Граница опасной зоны при взрыве на поверхности отмечается условными знаками, анавремя взрывавыставляютсяпостыохраныэтойзоны.

В подземных выработках перед заряжанием посты охраны выставляются в местах подступов к забою.

Производство взрывных работ сопровождается звуковыми, а в тёмное время суток ещё и световыми сигналами (хорошо слышимыми и видимыми) на границах опасных зон и известными всем работающим на

*При взрывании на косогорах в направлении вниз по склону радиус опасной зоны должен быть не менее 300 м.

**При в взрывании скважинных зарядов с забойкой.

271

данном предприятии. При ведении взрывных работ вблизи населенных пунктов с сигналами должно быть ознакомлено и население путём установки специальных щитов с описанием сигналов и их назначения. В тёмное время суток и при недостаточном освещении запрещается вести взрывные работы без достаточно хорошего освещения рабочего места и опасной зоны. При тумане или метели принимаются дополнительные меры по безопасности работ (усиленная охрана опасной зоны, дополнительная связь и др.).

Звуковые сигналы подаются взрывником, а при работе нескольких взрывников – старшим взрывником или руководителем взрывных работ. Подача сигналов голосом запрещается. Сигналы подаются в следующем порядке.

Первый сигнал – предупредительный (один продолжительный). Люди, не занятые заряжанием и взрыванием, удаляются за пределы опасной зоны, а у мест возможного входа в опасную зону выставляются посты охраны. После окончания работ по заряжанию производится монтаж взрывной сети, а при электрическом взрывании проверка её исправности с безопасного места.

Второй сигнал – боевой (два продолжительных). По этому сигналу взрывники зажигают огнепроводные шнуры и удаляются в укрытия или за пределы опасной зоны; при электрическом взрывании включают ток в электровзрывную сеть из укрытия.

Третий сигнал – отбой (три коротких). Подаётся после осмотра места взрыва взрывником и лицом, ответственным за ведение взрывных работ в смене, и означает окончание взрывных работ.

Допуск рабочих к месту взрыва даётся мастером-взрывником или взрывником и ответственным за ведение взрывных работ, если установлено, что отсутствуют невзорвавшиеся заряды и работа в месте взрыва безопасна.

Отказавшие (невзорвавшиеся) заряды должны быть ликвидированы мастером-взрывником немедленно. Если ликвидировать отказ не представляется возможным, то взрывник сообщает об этом руководителю взрывных работ или лицу сменного технического надзора, закрестив забой с отказом. Дальнейшая ликвидация отказа в этом случае производится по указанию и в присутствии лица технического надзора.

Если ликвидация отказа не может быть закончена в данной смене, то разрешается продолжать эту работу взрывнику или мастеру-взрывнику следующей смены с отметкой об этом в его наряд-путёвке. Допуск рабочих в забой в этом случае может быть дан начальником смены, в которой ликвидируется отказ. Во всех случаях, когда заряды не могут быть взорваны из-за неустранимых нарушений взрывной сети и других причин техни-

272

ческого характера, они рассматриваются как отказы. Каждый отказ после окончания смены записывается в специальный Журнал для записи отказов при взрывных работах и времени их ликвидации.

При ликвидации отказавшего наружного заряда разрешается руками осторожно снять часть забоечного материала, поместить на отказавший заряд новый боевик или зажигательную трубку, восстановить забойку и произвести взрывание в обычном порядке.

Ликвидацию отказавших шпуровых зарядов разрешается выполнять взрыванием зарядов во вспомогательных шпурах, пробуренных параллельно отказавшим на расстоянии не ближе 30 см – при методе шпуровых зарядов и 50 см – при методе котловых шпуров. Число вспомогательных шпуров и места их заложения намечаются работником технического надзора или мастером-взрывником. Для установления направления этих шпуров разрешается вынимать из отказавшего шпура забоечный материал на длину до 20 см от его устья.

Во всех случаях запрещается разбуривать оставшиеся части шпуров («стаканы») вне зависимости от наличия или отсутствия в них остатков ВВ.

Отказавшие скважинные заряды на открытых разработках ликвидируют повторным взрыванием, разборкой породы, обуриванием и взрыванием параллельных шпуровых или скважинных зарядов, вымыванием заряда из скважины. Конкретный метод ликвидации отказа выбирается в соответствии с действующими правилами безопасности.

Контрольные вопросы

1.Какие опасные действия взрыва Вы знаете?

2.Как рассчитываются безопасные расстояния по действию сейсмической и воздушной волны?

3.Какие звуковые сигналы подаются при ведении взрывных работ?

4.Назовите основные способы ликвидации отказов.

273

ГЛАВА 6 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА

6.1. Классификация зарядов ВВ

Зарядом называется определённое количество взрывчатого вещества, подготовленного к взрыву. Заряды ВВ классифицируют по форме, конструкции, способу размещения во взрываемом массиве и характеру действия.

По способу размещения во взрываемом массиве различают на- ружные (накладные) заряды, располагаемые на или над поверхностью взрываемого объекта, и внутренние заряды, размещаемые во взрываемом объекте.

Вобщем объёме взрывных работ наружные заряды составляют меньше 1 %.

Взависимости от полости (зарядной выработки), где формируется внутренний заряд, различают шпуровые, скважинные, камерные, траншейные, котловые, водоёмные и линейные заряды.

По форме и сочетанию внешних геометрических размеров разли-

чают сосредоточенные, удлиненные, плоские и фигурные заряды.

Сосредоточенный заряд имеет соотношение между наибольшим продольным и наименьшим поперечным размерами не более 5:1.

По характеру разрушения к сосредоточенным относят заряды, длина lзар которых меньше или равна 3/4 радиуса зоны разрушения Rp (lэар ≤ 3/4 Rр). Заряды такой длины формируют сферическую зону разрушения. Заряды с длиной больше 4/3 Rp формируют в центральной части цилиндрическую зону разрушения с радиусом Rр, величина которого неизменна при дальнейшем удлинении заряда. Такие заряды называют удлинёнными.

При соотношении этих размеров более 5:1 заряд является удлинённым.

Плоским считают заряд ВВ, отношение ширины к высоте которого более 10:1.

Фигурные заряды могут иметь форму правильного геометрического тела или иметь сложную форму, представляющую собой сочетание нескольких геометрических тел.

По своей пространственной ориентации заряды (прежде всего уд-

линённые) делят на вертикальные, горизонтальные и наклонные.

274

Конструктивное выполнение зарядов может быть самым разнообразным.

Заряды по конструкции делятся на сплошные и рассредоточенные. Рассредоточенными считают заряд, отдельные части которого разделены промежутками из воды, породы, воздуха и прочих веществ, не принимающих участие в реакции взрывного разложения.

По характеру действия взрыва различают: заряд камуфлета (прострелочный), взрыв которого не проявляет видимого действия на поверхности (рис. 6.1, a); откольный заряд, при взрыве которого происходит отделение горной породы от массива и её разрушение (рис. 6.1, б); заряд рыхления, вызывающий дробление массива, его вспучивание и перемещение, но без образования видимой воронки выброса (рис. 6.1, в); заряд выброса, вызывающий дробление и выброс раздробленной породы за пределы воронки взрыва (рис. 6.1, г).

Рис. 6.1. Проявление действия взрыва заряда в зависимости от приближения к свободной поверхности

Кратчайшее расстояние W от центра заряда до ближайшей свободной поверхности называют линией наименьшего сопротивления (л.н.с.). В направлении л.н.с. проявление взрыва максимально.

Форму воронки (рис. 6.2) определяет её глубина W и радиус r. Отношение п = r/W = tgα называется показателем действия взрыва.

В зависимости от его величины выделяют следующие разновидности зарядов и соответствующих им воронок выброса: нормальный выброс при n = 1; усиленный – при п > 1; уменьшенный – при п < 1. При n < 0,75 видимая воронка на поверхности не образуется, разрушенная порода за пределы воронки не выбрасывается и наружное действие проявляется в виде вспучивания. Такие заряды называют зарядами рыхления.

275

Рис. 6.2. Воронка выброса:

1 – заряд; 2 – шпур

Изменение проявлений действия взрыва заряда на поверхности может быть достигнуто как путем изменения глубины заложения заряда постоянной величины, так и путём увеличения массы заряда при постоянной глубине заложения.

Контрольные вопросы

1.Что называют зарядами ВВ?

2.По каким признакам классифицируются заряды ВВ?

3.Каково соотношение внешних размеров для сосредоточенных, удлиненных и плоских зарядов?

4.Как делятся заряды по характеру действия?

6.2. Действие взрыва заряда ВВ в воздухе

При взрыве заряда ВВ его масса превращается в раскалённые газы, находящиеся под огромным давлением. Это давление передаётся в окружающую среду в форме ударной волны, возникающей на границе раздела заряд ВВ – среда.

При взрыве зарядов всех видов, кроме камуфлетных, на той или иной стадии развития взрыва происходит взаимодействие продуктов детонации с воздушной средой атмосферы.

Ударная воздушная волна (у.в.в.) представляет собой скачок уплотнения, распространяющегося со сверхзвуковой скоростью.

Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающий воздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийся в определённом объёме. Поверхность, которая отделяет сжатый воздух от невозмущённого, представляет собой фронт ударной волны.

Распространяясь, ударная волна заставляет частицы воздуха колебаться вдоль линии прохождения волны, вызывая ряд сжатий и расширений в этом направлении. Эта волна называется волной сжатия и рас-

ширения, или продольной волной.

Чем больше давление на фронте у.в.в., тем больше её скорость. При своём движении (рис. 6.3) ударная волна (1) теряет полученную пер-

276

воначально энергию вследствие необратимых тепловых потерь на нагрев воздуха, через который движется у.в.в. (2), а также за счёт увеличения объёма воздуха, вовлекаемого ею в движение по мере распространения. С удалением у.в.в. от места её возникновения давление на фронте волны падает и на расстоянии около 100 радиусов заряда от центра взрыва скорость фронта волны приближается к скорости звука, т. е. она вырождается в звуковую волну (3), которая движется со скоростью 340 м/с при температуре воздуха 15 °С.

1

2 3

Рис. 6.3. Изменение профиля расходящейся от заряда волны напряжений

Действие у.в.в. характеризуется максимальным Р и избыточным P давлением, импульсом фазы сжатия I, временем действия фазы сжатия τ, скоростью фронта волны Dу, температурой на фронте Tф.

Теория ударных волн дает ряд соотношении между характеристиками на ее фронте:

избыточное давление на фронте у.в.в.:

температура на фронте у.в.в.

277

где ρо, Pо, со – соответственно плотность (г/см3), давление (Па) и скорость звука (м/с) в невозмущенном воздухе; ρв – плотность воздуха на фронте у.в.в., кг/м3; v – показатель адиабаты.

В зависимости от расстояния максимальное и избыточное давление могут быть рассчитаны по формулам:

максимальное давление вблизи заряда

Избыточное давление с увеличением расстояния от места взрыва

где Q – масса ВВ, кг; r – расстояние от заряда, м; k – коэффициент, зависящий от крепости пород (для крепких скальных пород и гранита k = 1700…2000).

Академик М.А. Садовский для расчёта максимальной величины избыточного давления (Па) при взрыве над землей сферического заряда тротила предложил формулу

где Qт – тротиловый эквивалент, кг; r – расстояние от места взрыва, м. Профессор Г.И. Покровский преобразовал формулу (6.8) для

взрыва в подземных выработках:

для случая с двусторонним распространением у.в.в. по выработке

где S – площадь поперечного сечения выработки, по которой распространяется у.в.в., м2.

Давление, производимое у.в.в. на преграду, зависит от угла падения волны на эту преграду. Действие ударной волны, подходящей к преграде под углом, большим 45°, в 2 раза превышает действие волны, скользящей вдоль преграды.

Время действия избыточного давления ударной волны равно примерно тысячным долям секунды. За это время многие разрушения в преграде не успевают произойти, поэтому для оценки действия у.в.в. важен импульс взрыва:

278

Время τ растёт по мере удаления рассматриваемой точки от эпицентра взрыва и в первом приближении пропорционально корню квадратному от расстояния R до эпицентра. Это объясняется различием в скоростях распространения переднего и заднего фронтов волны (растягиванием волны). М. А. Садовский предложил определять τ из формулы

Эпюра ударной волны включает в себя области положительных и отрицательных давлений. Пространственную протяженность зоны положительных давлений принято называть длиной ударной волны. Она значительно меньше протяженности зоны разрежения.

Если давление у.в.в. в 2 раза превышает атмосферное, то оно смертельно для человека. Для разрушения оконных стёкол достаточно превышение атмосферного давления у.в.в. на семь сотых. Разрушение капиталь- ныхзданийпроисходитпри50%-мпревышенииатмосферного давления.

Вреальных условиях интенсивность воздушной ударной волны зависит от типа ВВ, конструкции и вида забойки, свойств взрываемых пород, конструкции заряда, параметров и схем его инициирования, взаимного расположения места взрыва и объекта воздействия, атмосферных условий

ит. д. При взрывах на поверхности значительное влияние на параметры у.в.в. оказывают естественные преграды на пути волны.

Уменьшение температуры воздуха с высотой создаёт наиболее благоприятные условия для рассеивания воздушных волн от взрыва. При увеличении температуры воздуха с высотой на поверхности земли образуются зоны сильного звукового эффекта, примыкающие к участку с относительно слабым звуком.

При увеличении скорости ветра с высотой максимальный звуковой эффект наблюдается за участком взрыва, считая по направлению ветра. При уменьшении скорости ветра с высотой максимальный звуковой эффект будет перед участком взрыва, считая по направлению ветра.

Вдождливую погоду или в дни с высокой влажностью воздушные ударные волны распространяются быстрее, чем в яркие солнечные дни.

Скорость истечения газов взрыва из устья скважины зависит от длины забойки. Так, при взрывании без забойки скорость истечения газов взрыва достигает 1000 м/с, а при взрывании скважин с забойкой длиной 1,1…5 м, расположенной на глубине 4 м от устья скважины, скорость истечения газов взрыва снижается в 4 раза.

Необходимо также учитывать направление инициирования и правильно выбирать массу заряда в серии, так как в некоторых случаях мо-

279

жет наблюдаться наложение отдельных волн, в результате чего образуется новая, более сильная волна.

Хороший эффект по снижению интенсивности у.в.в. даёт засыпка наружных зарядов. При высоте слоя засыпки, равном высоте заряда, давление в у.в.в. уменьшается на 30 %, что позволяет уменьшить в 1,2 раза радиус опасной зоны или в 2 раза увеличить суммарную массу заряда.

При проведении взрывов на земной поверхности в стеснённых условиях для ограничения разлёта породы применяют укрытия. Применение металлических плиточных укрытий в 2–3 раза ослабляет действие у.в.в.

Ослабление у.в.в. в подземных выработках достигается путём сооружения вблизи места взрыва массивных перемычек из различных материалов (порода, дерево, бетон и др.). При взрыве в подземных выработках интенсивность у.в.в. снижается при наличии расширений, поворотов, сопряжений и различных препятствий. В сопряжениях и ответвлениях у.в.в. разделяется на несколько волн с меньшими параметрами. В сужениях волна усиливается.

Контрольные вопросы

1.На каком расстоянии ударная воздушная волна приобретает звуковую скорость?

2.Какие параметры характеризуют ударную воздушную волну?

3.От чего зависит интенсивность воздушной волны в подземных выработках?

4.Назовите основные мероприятия, обеспечивающие снижение интенсивности воздушной волны на поверхности.

6.3. Действие взрыва в массиве горных пород

Разрушение горных пород взрывом является сложным и характеризуется целым рядом специфических особенностей, затрудняющих создание единой физической модели процесса: разнообразие свойств пород, естественная неоднородность среды, отличие механических констант породы в статике и динамике, высокая скорость деформации, высокие напряжения и др.

Несмотря на это, в многочисленных теоретических и экспериментальных исследованиях создана довольно стройная картина процесса разрушения пород взрывом.

Механизм разрушения горных пород энергией взрыва ВВ, в том числе и мёрзлых пород, не одинаков и зависит от физико-механических свойств пород.

280