книги из ГПНТБ / Кушнарев Д.М. Использование энергии взрыва в строительстве

дится с одного конца. Благодаря применению цементирующего состава повышаются устойчивость и противофильтрационнЫе свойства грунта стенок водовода.

Для создания подземного водовода (рис. 97) диаметром 25—30 см в тяжелых глинах необходимо обеспечить следующие

Рис. 97. Схема закрытого водовода, созданного гидровзрывом

волны; 5 — шурф

параметры взрыва: глубина заложения заряда 1,6 м, диаметр заряда 16,5 мм, ВВ — аммонит 6ЖВ.

Гидровзрывной способ устройства подземных водоводов от­ личается высокими темпами выполнения работ, незначительны­ ми затратами средств и труда; кроме того, не требуется прово­ дить сложные и дорогостоящие противофильтрационные меро­ приятия.

Г Л А В А X I I

КОРОТКОЗАМЕДЛЕННОЕ (МИЛЛИСЕКУНДНОЕ) ВЗРЫВАНИЕ ЗАРЯДОВ ВВ

1.ОСНОВЫ ТЕОРИИ МИЛЛИСЕКУНДНОГО ВЗРЫВАНИЯ

Впрактике взрывных работ применяются три способа взры­ вания зарядов: мгновенный, замедленный и короткозамедленный.

230

При мгновенном взрывании все заряды ВВ взрываются одно­ временно и в одинаковых первоначальных условиях. Взрывание производится с помощью электродетонаторов мгновенного дейст­ вия или детонирующего шнура. Основное разрушительное дейст­ вие взрыва при этом проявляется по линии наименьшего сопро­ тивления. Действие взрыва в сторону соседнего заряда равно­ ценно действию одиночного заряда, так как не образуется новая дополнительная свободная поверхность. Поэтому часть породы, находящаяся на линии, соединяющей центры соседних зарядов, подвергается действию только прямой ударной волны сжатия, которая не может разрушить горную породу на большом рас­ стоянии. Для полного разрушения участка породы заряды ВВ при мгновенном взрывании располагают на расстояниях, на­ много превышающих длину линии наименьшего сопротивления. В этих случаях ударные волны от взрывов соседних зарядов, двигаясь навстречу друг другу и взаимодействуя, производят суммарное действие.

Наибольший эффект взаимодействия соседних зарядов при мгновенном взрывании проявляется в более мелком дроблении горной породы вблизи заряда.

При замедленном взрывании зарядов (электродетонаторамн замедленного действия, электрозажигательными трубками, пат­ рончиками и т. д.) интервалы времени между отдельными взры­ вами настолько значительные, что упругие колебания частиц по­ роды успевают полностью воздействовать на окружающую сре­

ослабляется наличием дополнительной открытой свободной по­ верхности, образовавшейся при взрыве предшествующего заря­ да. В результате этого создаются благоприятные условия для большого отрыва горной массы от массива. При этом участки по­ роды, наиболее отдаленные от места взрыва, подвергаются мень­ шему воздействию сил, и порода измельчается меньше, чем при м гнове H и ом взрыва н ии.

Благодаря непрерывному совершенствованию технологии взрывных работ в последние годы создан новый способ короткозамедленного (миллисекундного) взрывания (КЗВ), в котором объединены преимущества мгновенного и замедленного взрыва­ ния. При этом способе заряды взрываются последовательно че­ рез малые промежутки времени (миллисекундные интервалы за­ медления), благодаря чему внутри массива создаются дополни­ тельные плоскости разрушения, обусловливающие высокую степень дробления пород и лучшие показатели взрыва. Интер­ валы замедлений для определенных условий выбирают с таким расчетом, чтобы очередные взрывы происходили в начале раз­ вития трещин в момент возникновения максимальных напряже­ ний в массиве.

231

Схему короткозамедлениого взрывания можно представить

ввиде последовательных периодов:

/период — образование зон разрушения п колебании при мгно­

венном взрыве первого заряда; // период — образование зоны напряжения в радиусе действия

первого заряда и зон деформаций вокруг второго заряда;

///период — образование трещин вокруг первого заряда, созда­

ние зоны напряжения в сфере действия второго за­ ряда и образование зон деформаций в сфере влия­ ния взрыва третьего заряда;

IV период — движение части массива от действия взрыва перво­ го заряда, образование трещин вокруг второго за­ ряда, создание зоны напряжения в сфере действия третьего заряда и появление зоны деформации от взрыва четвертого заряда.

В отличие от обычных замедленных взрывов (с интервалами 0,5; 1; 1,5; 2 сек и т. д.) при этом способе большая часть энергии взрыва расходуется на дробление и отрыв породы, так как каж­ дый последующий взрыв заряда происходит в массиве, находя­ щемся в напряженном состоянии от предыдущего взрыва. При короткозамедленном взрывании эффективное разрушение среды обеспечивается взаимодействием зарядов внутри массива.

Одновременно с совершенствованием способа короткозамед­ лениого взрывания создавались приборы-переключатели для ре­ гулирования посылки импульсов тока в электродетонаторы мгно­ венного действия с заданными интервалами замедления, различ­ ные электрические схемы и детонационные реле и специальные электродетонаторы с пиротехническими замедлителями. В СССР

которые распространяются по трещинам и щелям, образовав­ шимся в породе под действием динамического удара, и вызыва­ ют дальнейшее дробление крупных кусков.

При одновременном (мгновенном) взрыве серии зарядов или при последовательном взрыве ряда зарядов со значительными (секундными) интервалами замедления между отдельными взры­ вами порода подвергается воздействию взрыва только один раз. При взрывах с минимальными интервалами замедления между взрывами каждый участок массива подвергается действию взрывных волн, по крайней мере, дважды или несколько раз.

Дополнительное дробление при взрывах с миллисекундными интервалами замедления между отдельными взрывами обуслов-

232

леио также столкновением кусков отбитой породы, так как по­ рода, отбиваемая при первом взрыве, только начинает свое дви­ жение, когда взрываются смежные заряды. При этом способе породу можно направить в любом направлении. Если взрыв на­ чинать со среднего заряда, двигаясь к обоим концам ряда, по­ рода будет отбрасываться от концов к середине. Если необхо­ димо породу отбросить к одному из концов ряда, взрывы следует производить именно с этого конца. При мгновенном взрыве се­

Существует несколько гипотез объяснения природы короткозамедленного взрывания. Согласно одной из гипотез, эффект короткозамедлепного взрывания обусловлен тем, что заряды рабо­ тают при наличии дополнительно образовавшихся свободных поверхностей от взрывов предыдущих зарядов, а также столкно­ вением кусков в процессе развития взрыва. Согласно другой ги­ потезе, участок породы в сфере действия первого взрыва не ус­

ния обусловливается взаимодействием ударных волн, вызываю­ щих дополнительное вибрационное разрушение. При взрыве за­ ряда ВВ в шпуре или скважине давление газов возрастает настолько быстро, что происходит динамический удар, в резуль­ тате чего возникают упругие колебания частиц породы. Упругие

10 периодов в 1 сек, получим длину волны около 300—500 м, сле­ довательно, соседние шпуры при взрыве зарядов ВВ должны на­ ходиться в одной фазе.

Рассмотрим влияние взрывов этих зарядов на породу при взрывании с интервалом замедления в тысячные доли секунды.

Предположим, что на каком-то расстоянии от свободной по­ верхности (рис. 98) размещены в одной плоскости два заряда Qi и Q 2 . Выберем в пределах действия взрывов этих зарядов точ­ ку А. При взрыве одного из зарядов Qi в результате динамиче­ ского удара частицы породы, находящиеся на границе действия двух зарядов А, начнут смещаться в сторону действия ударного импульса заряда Q 2 и порода станет сжиматься. Через четверть периода Т/4 амплитуда сжатия будет максимальной и частицы начнут смещаться в обратную сторону (в исходное положение). Через Т/2 частицы будут продолжать смещаться и через 3/4 Т достигнут наибольшего смещения в противоположную сторону. Если в этот промежуток времени к частицам приложить допол­ нительную силу, действующую в направлении этого смещения, то суммарное смещение может превысить предел упругих колеба­ ний и порода начнет разрушаться. В данном случае такой силой

233

может быть действие взрыва соседнего заряда, импульс которо­ го будет совпадать с направлением действия сил упругости ча­ стиц среды через Т/4, когда начнется обратное смещение частиц.

Т/2

Таким образом, установлено, что эти две гипотезы противо­ речивы. Н. Л. Росинский на основании проведенных исследова­ ний времени сдвига пород считает, что продолжительность упру­ гих колебаний в массиве после взрыва весьма незначительная (в среднем 4—6 мсек), поэтому взаимодействие взрываемых за­ рядов может быть только при замедлениях 5 мсек. Следователь­ но, при замедлениях 25 мсек и более никакого взаимодействия взрывов быть не может, но в действительности отмечаются хоро­ шие показатели взрыва даже при больших замедлениях. Таким образом, заключение Н. Л. Росинского следует считать весьма спорным.

Согласно третьей (зарубежной) гипотезе, отбиваемая часть уступа рассматривается как балка, закрепленная на двух опорах (рис. 100, а) и подверженная при одновременном (мгновенном)

234

взрывании зарядов растягивающим усилиям, в результате чего порода раскалывается на большие куски.

При последовательном короткозамедленном взрывании за­ рядов (рис. 100,6) балка оказывается закрепленной только на одной опоре и в нижней части подвергается сжимающим усили­ ям, вызывающим значительное дробление породы. Гипотеза сги­ бающейся балки нераскры-

В твердых горных породах сопротивление растяжению гораз­ до меньше сопротивления сжатию и отраженная от свободной поверхности волна вызывает разрушение массива. Последующее разрушение массива происходит под действием прорыва продук­ тов взрыва по линии наименьшего сопротивления (рис. 101). Скорость отрыва кусков породы уменьшается по мере удаления от свободной поверхности к центру расположения заряда.

Авторы этой теории утверждают, что сущность работы рас­ ширяющихся газов заключается в перемещении, согласно зако­ нам внутренней баллистики, горной массы, уже разрушенной ударной волной, и считают, что прочность горных пород при сжатии непостоянна и является линейной функцией бокового распора:

235

Sc =•- a + bp,

где 5C — предел прочности породы при сжатии; р— боковой распор;

а и b— коэффициенты, постоянные для определенного типа по­ роды.

Поскольку ударно-волновая теория устанавливает зависи­ мость

N = Bs. St

(где N— число отслоений, образованных в породе ударной вол­ ной; р а — максимальное давление ударной волны ( р а ^ 5 ( ) ; 5/ —

Рис. 101. Разрушение породы взры­ вом под действием сил сжатия и рас­ тяжения

предел прочности породы при растяжении на границе зоны раз­ давливания), то, как следствие, чем больше боковой распор, тем больше число отслоений, тем лучше дробление. Под действием расширения газов, продолжающегося в течение 10—100 мсек, создается дополнительный боковой распор, обеспечивающий лучшее дробление породы. Авторами этой теории исключается интерференция ударных волн.

Учитывая, что рассмотренные гипотезы не объясняют всех явлений, происходящих при короткозамедленном взрывании, они не могут быть приняты за основу экспериментальных работ.

2. СРЕДСТВА МИЛЛИСЕКУНДНОГО ЗАМЕДЛЕНИЯ

Основными средствами миллисекундного замедления являются электродетонаторы короткозамедленного действия с пиротехни­ ческими замедлителями и детонационные пиротехнические реле короткозамедленного действия.

Электродетонаторы короткозамедленного действия

В электродетонаторах короткозамедленного действия (рис. 102) между электровоспламенителем и чашечкой, прикрывающей инициирующее ВВ, размещен пиротехнический состав — замед­ литель, запрессованный в толстостенную трубку [27].

236

чественными электродетонаторами № 8 (полностью не пробива­ ют свинцовые пластинки толщиной 5 мм);

б) возможность отказов при групповых взрывах, так как минимальный импульс плавления мостика накаливания электро­ детонаторов несколько меньше максимального импульса воспла­ менения;

Рис. 103. Электродетонатор короткозамедленного действия фирмы «Нобель» (Англия)

в) резкое отклонение времени замедления от номинала, а так­ же перекрытие времени замедления между соседними сериями ( 2 - 5 % ) .

Электродетонатор фирмы «Шафлер и К0 » (Австрия) (рис. 104) представляет собой капсюль-детонатор в алюминиевой удлииеи-

/ 2 3 U 5 6 7

ции проводники электровоспламенителя. Электродетонаторы имеют следующие недостатки:

а) меньшая инициирующая способность по сравнению с оте­ чественными электродетонаторами № 8 (не пробивают свинцо­ вые пластинки толщиной 5 мм, однако заряд бризантного ВВ при этом инициирует полностью) ;

б) резкое отклонение времени замедления от номинала, а так-

238

же перекрытие времени замедления между соседними сериями (3—23% при проверке на осциллографе и 4,5—24% при провер­ ке на миллисекундомере ЭМС-54);

в) возможность отказов вследствие затухания горения за­

В газовых шахтах применяют электродетонаторы с интервалом замедления между отдельными ступенями 20—30 мсек, а в не­ газовых шахтах и на открытых работах — с интервалом 20— 35 мсек.

23У