Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

341

где

c з

/RRR=

– относительный радиус зоны сжатия; R

– радиус зоны

сжатия; R

– радиус заряда;

– относительный радиус зоны разруше-

ния; K

, K

– эмпирические коэффициенты (табл. 9.1).

Контрольные вопросы

1. Какими особенностями характеризуется действие взрыва в не-

связных породах?

2. На какие зоны делят область действия взрыва в несвязных породах?

3. Какие соотношения определяют размеры зон сжатия и разрушения?

9.2. Проведение выработок и полостей

в грунтах и скальных породах взрывным методом

Проведение выработок в пластичных породах осуществляется ка-

муфлетными взрывами. Этот способ сооружения отличается высокой

эффективностью и производительностью. Уплотнение пород сопровож-

дается пластическим течением и необратимыми деформациями, в резуль-

тате которых в толще пластичных пород, окружающих камуфлетный за-

ряд ВВ, образуется полость сфероидальной или эллипсовидной формы.

Ударная волна, возникающая при взрыве и приводящая к образова-

нию камуфлетной полости, является в первую очередь результатом отдачи

энергии газообразных продуктов взрыва среде, окружающей заряд ВВ.

При взрывах сосредоточенных зарядов, расположенных на не-

больших глубинах, происходят выброс части породы и уплотнение по-

роды в донной части воронки выброса, причём с увеличением заглубле-

ния повышается интенсивность уплотнения породы. Максимальное уп-

лотнение достигается при взрыве камуфлетных зарядов ВВ. Такие

взрывы широко применяются в горной промышленности для сооруже-

ния подземных резервуаров. На рис. 9.1 показана технологическая схе-

ма сооружения подземного резервуара взрывом. В породах проходят

шурф или скважину. Для защиты от водоносных горизонтов шурф или

скважину крепят или цементируют. Затем шурф (скважину) углубляют

до отметки заложения заряда ВВ, на забой незакрепленной части шурфа

(скважины) опускают заряд ВВ, а скважину (шурф) заполняют гидроза-

бойкой. В момент взрыва продукты детонации оказывают ударную на-

грузку на стенки зарядной камеры. Расширение продуктов взрыва со-

провождается образованием сферической полости, сообщающейся с по-

верхностью земли через закрепленный шурф (скважину).

342

Рис. 9.1. Технологическая схема сооружения подземного резервуара

камуфлетным взрывом через скважину:

а и б – бурение скважины начальным

и конечным диаметром; в – образование прострелочного котла; г – основной взрыв;

д – подземный резервуар, заполненный токсичными веществами

Таким образом, наиболее трудоёмкая часть строительства – зем-

ляные работы (разработка, транспортирование грунта и размещение от-

валов) – выпадает, что в значительной степени сокращает трудоёмкость

и время строительства, его стоимость. Освоенная глубина заложения

таких резервуаров не превышает 60 м, объём единичной выработки-

ёмкости до 200 м

(диаметр до 7 м).

Камуфлетный метод проведения подземных выработок применя-

ется в мягких породах. При этом методе из припортальной части тонне-

ля, пройденной обычным способом, по продольной оси выработки бу-

рят центральную скважину диаметром 100…140 мм, длиной 25…70 м.

Скважину заряжают удлинённым зарядом, а часть её устья заполняют

плотным забоечным материалом (цементный раствор, бетон с добавка-

ми, ускоряющими схватывание). Для обеспечения устойчивой детона-

ции по всей длине снаряда прокладывают детонирующий шнур.

При взрыве заряда в скважине почти вся энергия взрыва расходу-

ется на создание камуфлетной полости. За счёт уплотнения грунта

343

взрывом образуется цилиндрическая выработка, диаметр которой пре-

вышает диаметр скважины не более чем в 10 раз. Диаметр D камуфлет-

ной выработки зависит от типа ВВ, массы заряда Q и свойств грунта

(пластичности, влажности, гранулометрического состава и др.). Диа-

метр скважины определяют по формуле

сж

22DrkQ== , (9.5)

где r – радиус выработки, м; k

сж

– коэффициент податливости грунта

сжатию взрывом удлинённого заряда (при взрывании тротила в плотной

сухой глине k

сж

= 0,235, в супеси – 0,280, во влажных лёссовидных суг-

линках – 0,360).

Взрывные работы должны производиться в соответствии с разра-

ботанными проектной организацией рабочими чертежами на буро-

взрывные работы, согласованными с заинтересованными организация-

ми, и проектом производства работ, в которых должны содержаться

указания по обеспечению безопасности работы. Подготовительные и

взрывные работы по образованию котлованов производятся в соответ-

ствии с графиком работ. В графиках следует предусматривать возможно

меньший промежуток времени между производством взрывов по обра-

зованию котлованов и установкой опор.

Взрывной способ образования котлованов целесообразнее приме-

нять в легкоуплотняемых связных грунтах (глинах, суглинках и супе-

сях). Работы выполняют в следующей последовательности: в пределах

контуров котлованов устраивают приямки; по оси котлованов пробури-

вают шпуры; производят заряжание и взрывание зарядов в шпурах.

В зимнее время приямки образуют на всю глубину промерзания

грунта. При талом грунте приямки делают на глубину 0,5…0,7 м. Приям-

ки необходимы для уменьшения разрушения поверхности грунта вокруг

котлована и уменьшения осыпей рыхлого грунта внутрь шпура во время

бурения и заряжания, а также внутрь котлована после взрыва. При нали-

чии плотного дернового покрова приямки в летнее время не устраивают.

Шпуры диаметром 50…70 мм бурят строго вертикально по оси котло-

вана глубиной, на 5…10 % превышающей заданную глубину котлована.

Перед заряжанием шпуры должны быть проверены на всю глуби-

ну забойником, имеющим диаметр на 10…20 мм больше диаметра заря-

да. При сужении шпура, которое может стать препятствием к свободно-

му опусканию заряда ВВ, его расширяют взрывом нитки ДШ.

344

Таблица 9.2

Экспериментальные длинные по сооружению выработок удлиненными зарядами

345

В качестве ВВ применяют патронированный аммонит. Заряжание

шпуров заключается в размещении в них рассредоточенных зарядов из

12–14 патронов аммонита, прикрепленных плотно к нитке ДШ и шпага-

ту (рис. 9.2).

Заряд-гирлянду опускают в шпур на шпагате, а затем конец шпагата

привязывают к деревянной перекладине, размещаемой над устьем шпура.

Нижний патрон заряда должен находиться у дна шпура, а верхний – на

расстоянии 100…150 мм от устья шпура. Забойку шпура не делают.

Размеры патронов, а также расстояние между ними, в зависимости

от различных грунтов и условий работ, приведены ниже.

Таблица 9.3

Грунт Глина

Сугли-

нок

Тяжёлая

супесь

Размеры патронов (кроме второго* сверху), мм

диаметр

длина

Масса патронов (кроме второго* сверху), г

Расстояние между патронами, мм

на нулевых местах и выемках

на насыпях

150

125

150

100

175

*Второй сверху патрон делают длиной 220…250 мм и массой 220…250 г.

Рис. 9.2. Схема размещения патронов ВВ

в шпуре:

а – разрез заряженного шпура;

б – при крепление патрона ВВ к ДШ

(патрон прикрепляют в трёх точках);

1 – деревянная перекладина; 2 – ДШ;

3 – электродетонатор; 4 – патрон ВВ;

5 – шпагат

346

Приведённые значения расчётных параметров должны уточняться

в конкретных грунтовых условиях на основе данных пробных взрывов.

Причём изменять общую массу зарядов следует путём изменения рас-

стояния между патронами ВВ.

Взрыв заряда ВВ производят при помощи электродетонатора, пред-

варительно прикрепленного к концу отрезка ДШ, выведенного на поверх-

ность. В результате взрыва образуется полость диаметром 60…80 см.

Для образования полости диаметром больше 60 см (практически

до 3 м) по оси котлованов бурят скважины, диаметр которых может

быть определён по формуле

(0,06...0,08)dD

, (9.6)

где D – необходимый диаметр полости, м.

В формуле (9.6) большую цифру принимают для плотных грун-

тов, а меньшую – для более мягких.

Массу заряда (кг) рассчитывают по формуле

7,85QdL

Δ , (9.7)

где d – диаметр скважины, дм; L = Н + 2D – длина скважины, м; H –

проектная глубина котлована, м; Δ – плотность заряжания ВВ, кг/дм

Поскольку скважину заряжают на всю длину, для предотвращения

образования воронки в устьевой части скважины применяют накладной

заряд, который взрывают дополнительными отрезками ДШ одновре-

менно с инициированием основного (скважинного) заряда.

Радиус R

и высоту H

накладного заряда (см) определяют по сле-

дующим формулам:

нп

1, 25

, (9.8)

нз

(1,1...1, 4)Hd

, (9.9)

где R

– проектируемый радиус полости, см; d

– диаметр заряда в сква-

жине, см.

Указанные выше параметры взрывных работ следует уточнять

опытным путём.

При взрывных работах при разработке котлованов в скальных по-

родах котлованы должны быть вскрыты по всему проектному попереч-

ному профилю до обнажения скальных пород.

В зависимости от крепости и трещиноватости скальных пород, а

также размеров котлована определяют методы и параметры взрывных

работ. Как правило, применяют метод шпуровых зарядов.

347

При проходке котлованов в скальных породах средней и выше

средней крепости применяют послойную их разработку с обязательным

бурением врубовых шпуров.

Глубину отбойных шпуров при врубах с наклонным расположе-

нием шпуров (пирамидальный, клиновый и т. п.) рекомендуется прини-

мать не больше минимального размера стороны котлована.

Фундаменты из камуфлетных свай применяют при строительстве

гражданских зданий и промышленных сооружений, если грунты имеют

слабую несущую способность. Основной физической характеристикой

является показатель простреливаемости горных пород П

пр

При П

пр

≥ 100 дм

/кг объём полости для пяты сваи получают пу-

тём прострела пробуренной скважины с последующим заполнением по-

лученного котла бетоном и введением в него железобетонной сваи.

Для получения котла требуемых размеров массу заряда ВВ опре-

деляют по формуле

пр

0, 24П

Q =

, (9.10)

где Q – масса заряда, кг; R – проектный радиус основания сваи, дм; П

пр

–

показатель простреливаемости, дм

/кг.

Минимальная глубина заложения камуфлетного заряда h

тin

, при

которой действие взрыва на поверхности земли не проявляется, опреде-

ляется по формуле

min

, (9.11)

где k

– коэффициент сопротивления грунта выбросу взрывом (для глин

и суглинков средней плотности k

= 1,3 кг/м

Рассчитанные массы зарядов уточняются по результатам экспе-

риментальных взрывов. Для этого после первых же взрывов измеряют

фактический диаметр котла Д

методом заполнения его бетоном. Расчет

производят по формуле

Д 1, 2 V=

, (9.12)

где V – объём бетона, вошедшего в котёл, м

На основании экспериментальных данных составляют таблицу, по

которой в зависимости от расхода бетона определяют оптимальный

диаметр камуфлета.

После проходки в скважину помещают заряды, уложенные в спе-

циальную тару (деревянные или металлические ящики) со съёмными

крышками. Проводники (обычно от двух электродетонаторов) выводят-

348

ся на поверхность в металлических трубках, которые предохраняют их

от повреждения при заливке скважины бетоном. Затем погружают сваи.

При подготовке к взрыву необходимо: пробурить скважину, диа-

метр которой на 30…50 мм больше диаметра сваи и равен 300…500 мм;

в скважину опустить обсадную трубу длиной 1,5…2,0 м (кондуктор) с

укрепленной на её верхнем конце веревкой.

Так как прострелку скважины производят, как правило, патрони-

рованными ВВ, расчётный диаметр заряда округляют до целого числа

патронов. При диаметре патрона 0,32 дм два патрона соответствуют за-

ряду диаметром 0,4 дм, три патрона – 0,55 дм, четыре патрона – 0,64 дм,

пять патронов – 0,71 дм.

Контрольные вопросы

1. В чём состоит сущность технологии сооружения подземных ре-

зервуаров взрывом?

2. Какова последовательность работ по образованию взрывом кот-

лованов в легко уплотнённых связных грунтах?

3. Назовите основную физическую характеристику, определяющую

взрывное образование камуфлетных полостей.

4. Какими параметрами определяется минимальная глубина заложе-

ния камуфлетного заряда?

9.3. Взрывные работы при уплотнении и рыхлении грунтов,

посадке насыпей

Важным направлением в строительстве является использование

взрывов при уплотнении грунтов. По расположению заряда ВВ относи-

тельно уплотняемого объёма породы могут быть выделены глубинные,

поверхностные и подводные способы уплотнения взрывом.

При уплотнении грунтов глубинными взрывами заряды погружа-

ют в массив на глубину, исключающую выброс грунта при взрыве. При

поверхностных взрывах используются накладные заряды, взрываемые

на поверхности грунта, а при уплотнении грунтов подводными взрыва-

ми заряды ВВ опускают в воду и взрывают над поверхностью грунта.

Глубинные взрывы проводятся при строительстве ГЭС в намытых

под воду мелкозернистых песчаных грунтах. Так, при строительстве

Горьковской ГЭС был выполнен взрыв заряда массой 5 кг при мощно-

сти рыхлых песков 6,5 м и глубине грунтовых вод 0,6 м. Заряд погружа-

ли на глубину 4,9 м. Средняя осадка поверхности в радиусе 8 м достиг-

ла 38 см. Второй взрыв такого заряда вызвал меньшую усадку (8 см).

Радиус распространения осадки после двух взрывов превышал 30 м.

349

Значительный эффект глубинных взрывов получен в намывных

грунтах хвостохранилищ многих ГОКов.

Поверхностные взрывы впервые были осуществлены в районе

строительства Волжской ГЭС.

При взрыве зарядов массой 20 и 40 кг была достигнута осадка на

незначительную глубину – 5 см.

При взрыве зарядов массой 20 кг на участке намыва основания

пойменных плотин Горьковской ГЭС образовалась воронка диаметром

2,5 м и глубиной 0,5 м, которая сразу же заплыла разжиженным грун-

том. В результате двух последовательных взрывов в одном месте сред-

няя осадка в радиусе 5 м достигла 10 см, а радиус распространения

осадки не превышал 15 м.

Первый подводный взрыв для уплотнения несвязного грунта про-

изведён в 1964 г. в районе г. Новороссийска.

Заряд тротила массой 20 кг был взорван в море над поверхностью

песчано-гравелитовых отложений. Глубина воды в этом месте достигала

18 м, а высота подвески заряда над грунтом – 2,5 м, что обеспечивало

отсутствие воронки выброса грунта при взрыве и камуфлетность взрыва

заряда в воде. Заряд подвешивался к поплавку. В результате взрыва бы-

ла получена осадка поверхности дна моря, уменьшающаяся по мере

удаления от места взрыва.

Взрывной метод посадки дорожных насыпей на болото использу-

ют при строительстве железных и автомобильных дорог.

Применяют способы продольных и поперечных траншей с помо-

щью методов скважинных зарядов.

Способ продольных траншей применяют при устройстве насыпи с

помощью железнодорожного транспорта. При этом вначале взрывом со-

оружают осевую траншею, а после её засыпки – две боковые траншеи.

Ширина осевой траншеи (м) определяется по формуле

ос

= 2h

n, (9.13)

где п – показатель действия взрыва; h

– глубина заложения заряда. Ши-

рину боковой траншеи (м) рассчитывают по формуле

бз

1, 67Dhn

. (9.14)

При взрывных работах по посадке насыпей на болото следует

применять водоустойчивые ВВ или ВВ в патронах, покрытых водоизо-

лирующим составом, а также водоустойчивые средства инициирования.

Заряды, опускаемые в скважины, помещают в изолирующие гильзы.

При производстве строительных работ (проходка траншей, котлованов,

канав и т. д.) в зимних условиях требуется рыхлить мёрзлые грунты

мощностью 1,5 м и более. Взрывание мёрзлых грунтов имеет свои осо-

350

бенности: наличие мягкого подстилающего слоя, отсутствие естественной

трещиноватости и необходимость немедленной уборки во избежание по-

вторного смерзания.

Способ и метод взрывных работ при рыхлении мёрзлых грунтов

выбирают с учётом промерзания грунта, рельефа местности, качества

взрыва и расстояния до охраняемых объектов. Используют методы

шпуровой и скважинной отбойки.

Взрывание шпуровыми зарядами применяют при глубине промер-

зания до 1 м, скважинными – более 1 м.

Скважины и шпуры бурят станками БТС-60, БТС-150, БТУ-60 и др.

Параметры взрывания рассчитывают в следующей последова-

тельности: составляют принципиальную схему размещения зарядов, оп-

ределяют длину линии с.п.п., глубину и диаметр шпуров, удельный рас-

ход ВВ, расстояние между шпурами в ряду и между рядами.

Линия сопротивления по подошве и глубина шпуров (скважин)

м.с

(0,7...0,9)Wl H

= , (9.15)

где l – глубина шпуров или скважин, м; H

м.с

– мощность мёрзлого слоя, м.

Массу зарядов ВВ рассчитывают по формуле

Q = qW

(9.16)

где q – удельный расход ВВ, кг/м

Контрольные вопросы

1. По какому признаку разделяют способы уплотнения грунтов взрывом?

2. Назовите известные Вам способы посадки насыпей при строитель-

стве дорог.

3. Какие особенности характерны для ведения взрывных работ в

мерзлых грунтах?

4. В какой последовательности рассчитывают параметры взрывания

мёрзлых грунтов?